本文以市場價值創造的角度，整合現有3D打印技術對整個航空業影響的相關信息，對航空業的產品-客機進行分析。即使您是一個對航空業不太瞭解或者不感興趣的人，也希望能通過此文能有所啟發與收穫。
航空業的產品—客機
客機是用來載人的交通工具，也是目前普通人能夠使用的最快捷的交通工具。北京到上海只需要2個半小時，支付幾百元的機票，就可以享受這趟數千公里旅程。實現了古人“一日千里”的理想，這是航空業經過數百年發展積累的結果，也是其價值的體現。
達美航空公司運營的空客A319客機
客機作為一個已經市場化的產品，其價值影響鏈是這樣的一個順序：飛機制造商是飛機的設計者製造者，完成飛機制造以後，以一定的價格將飛機賣給航空公司或者租賃。航空公司得到飛機以後，客機就是其盈利的工具。在一架飛機近20年的使用時間裡，通過給旅客提供航程服務，獲得收益。而對於普通乘客而言，只需要支付票價，就可以享受特定的航程。這就是對客機這一產品價值鏈的簡單表述。
基於這樣的價值鏈條，可以反向推理一下對於客機設計的要求：
在這個“需求鏈”中，如何幫助航空公司降低運營成本成為關鍵。與航空公司的運營成本相關的因素有很大，比如管理成本，營銷廣告，人員薪資成本等，還有航線設置等非產品因素，在產品本身方面大體有以下幾個：
- 飛機的安全性舒適性：安全的飛機人們才敢乘坐，乘坐體驗好，人們更願意選擇。
- 燃油的經濟性：飛機靠航空噴氣發動機驅動，飛行時消耗大量的航空燃料，在近20年的運營時間裡，燃油花費的費用數億元，甚至超過購買飛機的價格。想要降低飛行成本，就需要飛機的“單位里程×單位個人“的燃油消耗更少，才能降低燃油產生的成本。要想實現這個目的，就需要從兩個方面入手。一個是提高航空發動機的燃燒效率，同樣多的燃油能夠飛更遠的距離。另一個是減輕飛機本身的重量，將更多的有效載荷用來運輸更多的乘客。所以飛機就越造越大，一架飛機上，載人的數量也在不斷的增加，直到達到運營平衡。
- 低的維護成本：在飛機運營時間裡，飛機的各種部件要非常可靠，不需要花費太多時間與成本在飛機的維護上。
飛機的設計製造週期
基於航空公司這3點大的需求，對於任何一個飛機制造商的飛機設計部門而言，就必須考慮進去。 用一句經典的話來講：“飛機每減少1g的重量，就給航空公司帶來了數萬美元的經濟價值。” 飛機的設計製造是一個相當複雜的流程，這裡簡單的分為幾個步驟來理解。
設計環節 一架飛機由數百萬個零部件組成。簡單規則的部件，可以按照傳統的設計製造方法實現。而一些異形複雜部件由於其加工難度大甚至無法加工，只能拆分成多個部件，按照總體功能要求，逐一設計，並將設計數據傳遞到製造環節，按照這樣的設計思維，每個拆分的部件因為需要組裝性結構，就會產生多餘的結構重量，數量眾多的部件直接導致飛機設計重量增加。
製造環節 為了能夠加工，零件在設計上被大量的拆分逐個加工，為了保證最後質量，對每個部件的加工精度要求都很高。航空公司就需要購買使用不同的高精度的加工機床，來加工各種結構，還需要聘請專業的機床操作人員來操作機床加工，成本自然也就變的很高，製造過程中要去除大量的材料，造成的材料的浪費，時間上也浪費很大。
組裝環節 數量眾多的零件，帶來了巨大的組裝工作量，飛機制造商需要聘請大量的工人來組裝飛機部件，增加了這一環節的時間。零件數量的增加，也可能導致可靠性的降低，飛機本身的減重設計用減材加工的方式，需要去除大量的材料，導致材料的浪費。
測試優化
數量眾多的零件，帶來了更多的飛機測試實驗，以保證每一個零部件的可靠性，一臺發動機需要測試數年，才能投入市場，這大大增加了飛機開發的設計週期。
定型供應
測試定型以後，飛機制造商需要將不同的零件分發給自己的零件供應商，由此產生了大量的商業協作。某種程度上也增加了飛機制造的成本。
運營維護
飛機設計完成交付給航空公司，運營過程中產生維護，需要數量眾多的備用零部件，在飛機維護時以方便更換維護，對於飛機維護人員，也需要仔細分析眾多的零部件，找到真正原因，這導致對維護人員的要求變得很高，航空公司需要花費高價培訓維護人員。
在分析了以上傳統設計流程以後，加入3D打印技術運用，看給客機的設計製造產生了什麼影響。
通過對比，可以很明顯的看到3D打印技術對客機的設計製造產生的巨大影響，其產生的價值，完全符合航空公司對客機的要求。從帶來的好處來看：
- 更少的材料浪費
- 時間週期的縮短
- 燃油效率的提升
- 飛機重量的降低
- 人力成本的減少
- 更大的利益佔比
- 更高的使用可靠性
對於使用3D打印技術完全融合在飛機設計製造的供應商來說，新的技術必然帶來新的挑戰：
- 增材製造新材料的成本相對高，需要想辦法降低材料成本。
- 對設計/製造/測試/管理等公司人員都需要重新培訓，對航空公司的維護人員/飛行員等也需要進行一定的新培訓來適應這一技術帶來的變化，而不單單只是設計環節。
- 基於分層製造的增材製造技術，大部件打印時間長，需要改進優化增材製造的方法，或者與傳統鑄造技術等方式結合，提高零件製造的速度，降低成本。
3D打印在航空業客機設計製作中的運用
到這裡，對於3D打印對航空業產生的影響，已經有了基本的概念。目前在客機領域，3D打印的應用一個是航空發動機，一體化設計減輕重量，提高燃油效率，其他部分分為重要受力結構件和非重要單結構件，通過拓撲優化實現減重。
航空業在3D打印應用方面未來的發展-人才培養
在充分理解了這些行業運用以後，可以看到航空業在3D打印應用方面的發展趨於成熟。隨著國際上大的航空公司在3D打印應用的不斷推進，比較重要的是設立相關的專業來培養3D打印相關的人才，充分儲備行業新人才，才有可能打破原有的設計思路，以適應新技術的設計理念來設計屬於未來的客機。尤其是在拓撲優化與網格微晶化結構設計方面，以及DfAM設計理念的掌握，需要大量的實踐積累，才能保證設計出來高質量的產品。
林傳春 在3D打印行業從業多年，一直在3D打印技術方面以DFAM的設計思維做實踐運用立志推廣3D打印技術的運用，希望讓更多人感受到3D打印帶給人們的價值。
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