增材制造，通常也被称为3D打印，正在获得越来越多的关注，特别是在以减重和提高燃油效率为主要目的的航空工业中。增材制造提供了巨大的潜力，因为它可以创造基于特定负载的结构、仿生形状、结构减重、结构内多个部件和功能的集成、缩短开发时间等。然而，作为在航空领域一种相对较新的方法，增材制造受到认证和资格问题的困扰，还有很多问题有待解决。此外，制造能力仍然受到3D打印机尺寸的限制，这使得该技术不适用于飞机内的诸如发动机挂架或检修门等较大部件。
虽然尺寸问题是3D打印的一个明显障碍，但由于检修门的复杂性和功能集成性，如果能通过整体成型降低制造成本，这将会是一个开创性的举措。来自SOGECLAIR航空航天的工程师就试图解决这个问题，研发了一套开发流程，将两种制造方法—增材制造和铸造—结合起来进行检修门的开发与研制。虽然铸造是经过充分验证的，已有超过五千年历史的工艺，但增材制造提供了任何其他制造方法无法提供的设计自由度。为了充分发挥增材制造和铸造的潜在优势，飞机门设计过程的设计和优化任务由Altair HyperWorks软件处理。
SOGECLAIR航空公司是SOGECLAIR S.A.集团的一部分，是航空业的主要工程合作伙伴和主承包商。SOGECLAIR航空公司在配置管理、航空结构、系统安装、飞机内部件、制造工程和设备方面提供咨询和管理服务。该公司的业务从研发阶段延伸到产品供应。SOGECLAIR航空公司还通 过其子公司 和 合 资 企 业 提 供 生 产服 务 : AviaComp、ADM、MSB和PrintSky。生产的零件包括使用CFRP的空中客车A350和庞巴迪C系列的油箱通道门；空中客车A380的金属地板结构和公务机舱内部件。SOGECLAIR多年来一直使用Altair解决方案并且非常依赖HyperWorks软件套件用于仿真和开发任务。大约20人正在使用Altair工具定期工作，其中一部分在SOGECLAIR的创新部门工作，该部门负责飞机门的开发。
工程师使用各种Altair HyperWorks工具，并十分依赖 Altair OptiStruct，一种FEA求解器和优化工具，以及用于前处理和后处理的Altair HyperMesh和Altair HyperView。OptiStruct非常受欢迎，因为它既是一个FEA求解器也是一个优化软件，而且它提供了一系列非常有意思的功能以进行优化设置，以便得到令人满意的解决方案。此外，SOGECLAIR航空设计师正在与 Altair Inspire (Altair生成设计/拓扑优化和快速仿真解决方案)合作，因为它易于使用且非常棒，特别是用于第一个设计阶段。SOGECLAIR航空航天公司通过Altair灵活的unit的授权系统使用所有Altair工具。
挑战
本研究中选择的示例是位于机头部分的Ebay检修门，操作员使用该检修门进行飞机检查和维护。Ebay门的研发中，研发团队遇到了一些很棘手的工程挑战。这些挑战使之成为在很多方面都很有意义的案例：
l门太大，不能使用SLM(粉床激光烧结)(约800 mm x 500 mm x 250 mm)。
l它由AS7G06铝制成,尚未获得使用DMLS的航空资格。
l它拥有非常薄的蒙皮,具有非常精确的尺寸和几何公差。
解决方案
项目命名为EOLE，首先研究应用于飞机通道门的熔模铸造，而制造过程是基于树脂的3D打印熔模铸造。EOLE研究由SOGECLAIR领导，与CTIF、Ventana和voxeljet共同合作完成的，后者是3D打印系统的领先制造商，致力于塑料和沙的粉末粘结技术。
该项目所涉及的主要技术问题是如何一次性铸造飞机通道门(2F级部件)和得到近似净形状，即已集成蒙皮与加强筋。为了证明这是可能的，参与本研究的工程师遵循系统的路线图，确保满足所有项目要求。优化研究持续了大约两个月，涉及8次拓扑优化和4次应力检查，以实现令人满意的设计。
在这个项目中工程师面临的众多挑战，有两个是最重要的: 对于铸造，蒙皮厚度必须设定在最小可行壁厚。这很重要，因为门的外表面被认为是机身的一部分，并且必须满足非常精确的尺寸和几何公差。检修门上另一个棘手的问题是蒙皮与加强筋之间的连接。SOGECLAIR航空为了处理这个问题，草拟了一些用于CAD模型和后续过程模拟的想法。
在研究开始时，拓扑优化被用于设计过程的概念阶段，在给定设计空间内(主要约束)进行材料布局优化设计。在随后的有限元分析中，工程师检查了优化设计。之后的铸造模拟，特别是固体部分，使工程师能够改进部件的设计并最大限度地减少缺陷（收缩、裂纹等）。
进行填充和成型模拟以准确地预测某些缺陷的位置和尺寸，例如不完全填充区域或气泡。然后，为飞机检修门的代表性区域制作了可行样本，尤其是较为棘手的区域。在这些样品的基础上，SOGECLAIR航空公司最终以实际规模制造了通道门，并使用粉末粘结技术，用PMMA树脂进行3D打印。根据该程序，首先将用3D打印出来的数值模型外涂覆若干层砂。然后通过加热模具除去内部树脂。最后，进行铸造和热处理，并去除外层砂模具。最后得到的就是一个经过优化优化后的检修门，除了正确的尺寸外，还满足了该项目的所有重要要求。
结论
由于新设计符合所有目标，SOGECLAIR航空公司对 Altair HyperWorks工具所获得的仿真结果非常满意。此类解决方案将在未来的飞机中使用前，在认证和资格方面仍有许多工作要做。使用 Altair HyperWorks及Altair解决方案使工程师能够毫不费力地进行舱门的优化设计，特别是在减重方面。
在整个仿真流程中，SOGECLAIR航空公司最感谢的是工程师在使用Altair软件时节省了大量时间。由于仿真优化设计快速产生结果，工程师可以利用他们宝贵的时间在开发过程中完成工程工作。Altair解决方案使SOGECLAIR航空公司能够缩短开发周期和时间，因为如果没有仿真平台的帮助，实现相同的结果会更加耗时。一旦通过该方法制造的零件认证确定，SOGECLAIR航空航天公司将拥有先进的仿真流程，可应用于更多潜在的组件，以进一步优化整体飞机的特性。
