3D掃描儀各行業解決方案-航空航天篇

綜述
航太是高端製造技術的集中體現。就測量檢測來說，無論是對於元件的測繪，還是零部件的檢測，不允許有任何的錯誤，對測量檢測的要求可以用苛刻來形容。而在加工製造方面，減重和安全是兩個終極目標，要求不斷優化元件設計和材料性能，做到輕量化、一體化。

        航空航太領域檢測零件外形以往多使用接觸法，如三座標測量機、特殊的量具等，使用貼靠的方法檢測零件的曲面形狀。這種方法效率不高，受人為因素影響較大，容易出錯，存在一定的缺陷。3D掃描或3D光學測量技術則可以做到無損檢測、複雜型面全尺寸測量檢測、加工余量智慧化檢測等，高效便捷。

 　　3D列印在航空航太方面的應用已經趨於成熟，並且占比越來越大，成為3D列印應用的主要市場。美國宇航局NASA在外太空探索計畫中，大量採用了3D列印技術，從火箭部件到飛船及外星球探測器，甚至是眾人關心的宇航員吃什麼，NASA都用到了3D列印技術來實現。中國的“神十”飛船，以及航母“遼寧號”的艦載機型“殲-15”，美國的F-35戰鬥機，部分零件就是3D列印技術製造而成的。
 
　　有了高精度的3D測量檢測技術和高端的3D列印技術，飛機將會越來越輕，也越來越安全。
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方案重點
3D掃描或3D光學測量技術在航空航太檢測中的應用主要在以下兩個方面：

（1）複雜零件的面型檢測。特別對於毛坯零件加工餘量的檢測，非常適合；
（2）關鍵尺寸的檢測。如孔的位置、直徑，各種角度、長度，GD&T等。
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3D列印技術在航空航太領域的應用主要在以下兩個方面：
 （1）打樣測試：從飛機或航天器的設計階段就開始使用3D列印進行零部件的打樣與測試，使所有設計問題儘量都在設計環節發現並加以解決，甚至優化提升。利用3D列印出來的功能測試性能的模型和樣件，可以類比出產品的最終形態（功能形態、曲面形態等），從而驗證產品結構是否合理，運動配合是否順暢等等；一些無人機設計，我們甚至可以製作1:1的模型，將其放進風洞，進行直觀的空氣動力檢測。
 
（2）直接3D列印出飛機組件：利用3D列印技術的一體化成型優勢，可以改變飛機部件的結構或者減少部件，如減少接榫件；利用3D列印技術可以成型複雜結構的特點以及優質複合材料的特性，我們可以列印出具有內部微桁架結構的飛機部件，既可以減重還能降低故障率，並保持優良的結構件性能。

方案價值:
先臨三維解決方案給企業帶來的效益：

1. 準確、穩定的品質檢測技術，提供精確的誤差分析報告，保證元件安裝的密合度和模型測試等產品品質要求 

- 先臨三維使用先進非接觸的3D測量方式，不受產品表面材質、塗層種類等因素的影響，同時，在對柔性表面物體進行檢測時，避免接觸式掃描帶來的產品形變而影響整體檢測精度的情況，保證測量資料的準確；

- 完整清晰的檢測報告，全面包含了厚度、長度、角度、平行度、平面度、公差評價、全域誤差、3D色譜對比等尺寸資訊，讓企業能夠及時掌握品質情況。
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​- 測量獲得的三維資料細節清晰，尺寸精確，400mm×300mm範圍單面掃描精度可達0.03mm，為逆向工程提供高品質三維資料，有效説明企業大幅降低廢品率。 

- 對於航空業常常進行的風洞測試，先臨三維能夠提供專業的3D檢測技術，對製造出的產品模型進行準確測試，確保產品尺寸的準確，並且可分析出產品在風洞測試後所產生的品質變化。

2. 滿足各種尺寸，各種外形工件的嚴格測量要求

- 先臨三維能夠對各種尺寸的工件進行快速測量，尤其是大尺寸的工件。使用先臨三維公司3D掃描器搭配Shining3D-Metric攝影測量系統，3D測量的範圍可達20米，即使長達好幾米的飛機尾翼，也能輕鬆滿足測量要求；

- 對於複雜曲面造型的工件，如渦輪葉片，先臨三維可擕式的高精度測量設備也能夠快速對各特徵參數進行測量，獲取最完整的曲面資訊。

3. 無需更換檢測工具，先進檢測系統提供快速檢測，提高檢測效率，減少大量工作時間
 
- 快速測量檢測，大型工件如飛機尾翼的整體尺寸檢測時間在1小時以內，小型工件如飛機的零配件的測量檢測時間甚至少於15分鐘；

4. 降低生產成本，節約測量方面的費用
 
- 快速測量，檢測靈活，適用於大部分的測量場合，避免頻繁更換測量工具，有效提升檢測效率，降低測量費用。

5. 靈活多樣的3D列印方案，便捷的實現航空航太單件或小批量產品的高品質生產
 
- 航空航太產品具有形狀複雜、批量小、零件規格差異大、可靠性要求高等特點，因此產品的定型是一個複雜而精密的過程，往往需要多次的設計、測試和改進，耗資大、耗時長，先臨三維提供的快速成型服務，可快速的製造出所需樣品，並類比出產品的最終形態（功能形態、曲面形態等），可用於產品測試、裝配試驗、評估、功能講解等功能，與傳統工藝相比能夠縮短約1/4的時間。

- 與傳統工藝相比，先臨三維採用的金屬粉末燒結成型系統，可不受形狀與結構限制，無需任何模具即可快速完成任意複雜的造型。製作結果不僅精度高，細節製作精良，表面品質高符合航空航太的技術要求，還在一定程度上進行了輕量化的提升。

客戶案例:
​漢莎航空深圳維修基地使用3D掃描技術提升效率

A. 面臨的問題：
    該機身發動機尺寸較大（約為2m*2m），深圳漢莎秉著嚴謹的工作宗旨，要求掃描資料在較大的情況下，同樣需要保持很高的精度要求，並希望能夠在較短的時間內獲取到完整精准的資料，以使後續工作得以快速的進行，確保優質的服務品質。

B. 先臨三維的解決方案：
 掃描的資料較大，同時深圳漢莎需要在短時間內得到優質的資料，對於鐳射3D掃描器來說機身發動機結構複雜，需測量裝配結構尺寸，有速度無法體現細節，有細節卻喪失了效率，因此鐳射3D掃描器對於這個發動機輪廓的掃描並不適用。 
    先臨三維根據深圳漢莎的實際需求，使用了OpticScan-D雙目系列三維掃描器+Shining3D-Metric攝影測量系統，以確保掃描資料的精度。同時，相對於鐳射、關節臂，三座標等其他測量方式，兩個設備的結合使用是最為快速的測量手段。 
    通過使用先臨三維提供的解決方案，深圳漢莎關於資料的獲取時間縮短了30%，後續工作得以快速進行，並在規定時間內完成了服務專案。

飛機精鑄件的檢測劃線和加工定位A. 面臨的問題：
飛機上某些結構件為鈦合金材料的精鑄件，加工單位需要對精鑄件的加工面進行加工，目前存在兩大問題需要解決：
●     需要確定毛坯件的加工餘量是否足夠
●    需要對毛坯件進行人工劃線，確定加工基準面。如果工作失誤造成劃線誤差偏大，會導致整個零件加工後報廢，損失巨大
    以某型號飛機中的一個長約4米的連接件的鈦合金鑄件為例，上述兩項都採用人工作業，使用三座標儀進行檢測，投入5個人工需要花費3天才能完成，而且偶爾會出現由於測量誤差大而導致整件加工報廢的情況。

B. 先臨三維的解決方案：
    先臨三維根據該軍工專案的情況，採用了OpticScan-D雙目系列三維掃描器與Shiningform XOV檢測軟體協同合作的方案。可以在1人操作的情況下，全部檢測程序控制在2.5小時以內，保證了測量檢測的高效，同時檢測誤差控制在0.2mm內，最大化地降低劃線失誤率，幫助避免加工報廢現象，減少損失。