淺談航空航天領域內3D打印技術的應用策略

隨洪銘

摘要：近些年來，3D打印技術作為一種全新的加工技術，在全世界范圍內得到了快速的發展，使傳統的生產加工方式發生了極大的改變，特別是在航空航天領域中，3D打印技術的應用極大提高了航空航天領域的發展水平。德國、美國等發達國家也相繼對3D打印技術予以了高度重視，并開始積極推廣這項新型加工技術。為此，我國也應奮起直追，來大力推廣與應用3D打印技術。為此，本文便對3D打印技術進行了簡要的介紹，明確了3D打印技術在航空航天領域中的應用優勢，并對航空航天領域中3D打印技術的相關應用策略進行深入的探討。

關鍵詞：航空航天領域 3D打印技術 應用策略

一、3D打印技術概述

3D打印技術又被稱為增材制造技術，它是根據離散/堆積原理利用材料積累的方式來對零部件進行制造的一種加工技術，3D打印技術相比于傳統的制造技術來說，它能夠借助于計算機來構建出零件的3D模型，并將這些3D模型進行拆分，使其成為具有一定厚度的若干薄片，并通過自下而上的方式來將這些薄片進行疊加成形，以此制作成與3D模型一模一樣的三維實體零件。3D打印技術能夠有效滿足一些加工起來非常復雜的零件制造，并且加工速度非常快速，從而極大減少了零件的制造周期。3D打印技術依據其制作材料與加工方法共分為七類，分別是光固化立體成形、電子束選區熔化成形、金屬激光熔融沉積成形、熔融沉積成型、分層實體制造成形、電子束熔絲沉積成形與電子束選區熔化成形。

二、3D打印技術在航空航天領域中的應用優勢

在航空航天領域中，3D打印技術具備非常明顯的優勢，其優勢主要體現在以下幾個方面。首先，航空航天領域中有許多非常精密的零部件及設備，而傳統的加工模式需要進行大規模的組裝與加工，制造起來非常麻煩，并且對刀具也有非常高的要求，因此需要耗費大量的時間。而通過3D打印技術的應用，能夠使這些復雜的零部件與設備制造起來更加簡單，在靈活性上也遠遠高于傳統的制造加工方法。其次，在航空航天領域中，復雜零部件及設備的加工難度較高，如果采用傳統的制造方法，必然會使加工過程變得異常復雜，這就極有可能造成在加工過程中發生差錯，而一旦零部件產生差錯而用于航空航天領域中，其引發的后果是具有災難性的。而通過3D打印技術的應用，將這些復雜零部件從三維實體的加工方式轉變為二維平面加工的方式，能夠極大降低復雜零部件的加工難度與復雜程度，從而使其在變形控制上更加到位，因此在復雜零部件的制作上能夠有效滿足航空航天領域的使用要求。

三、航空航天領域內3D打印技術的應用策略

（一）3D打印技術在減輕重量方面的應用

在航空航天領域中，飛機和飛船是由數量眾多的零部件組裝而成的，而這些零部件如果重量較大，就會大大增加飛機和飛船的油耗量，這不利于節能效果的實現，并且還會使飛機與飛船的載重量大幅度下降。而通過3D打印技術來鈦合金材質進行加工，能夠使飛機和飛船的整體質量減輕，從而大大提高了飛機與飛船的載重能力，降低了燃油的油耗。

（二）3D打印技術在縮短制造時間方面的應用

在航空航天領域中，需要制造大批量的零件與高精度的復雜零件，并且還要應用到各種加工設備，在零件加工過程中，傳統的機械加工方式是利用銑削機床等工具來對零件進行加工的，在零件加工過程中流程不僅非常繁瑣，而且極易造成加工出錯而造成零件的無法使用，從而浪費了大量的時間，使飛機與飛船的組裝時間大大延長。而通過3D打印技術來對零部件的制造工藝進行相應的優化，不僅能夠降低零部件加工的出錯率，還能有效保證零部件的加工精度，極大提高了零部件的加工速度，制造相同的零件，也許傳統的加工方法需要半年的時間，而采用3D打印技術，則只需要一個月的時間就能完成相同的工作量。

（三）3D打印技術在避免材料浪費方面的應用

3D打印技術通過激光熔融成形技術的采用，能夠有效降低大量材料的浪費，從而真正實現了綠色制造目標。據統計，利用激光熔融成形技術，對材料的浪費只有5%，并且零部件更加經久耐用。而采用傳統的加工方法，材料浪費率則高達15%至30%。由此可以看出，3D打印技術能夠極大降低了制造成本，提高航空航天領域的經濟效益。

（四）3D打印技術在大批量生產中小型零部件方面的應用

在航空航天領域中，利用3D打印技術能夠大批量的制造中小型零部件，從而在一定程度上節省了大量的制造成本，滿足了航空航天領域對這些中小型零部件的使用要求。3D打印技術相比于傳統的加工技術，不僅能夠使工具成本大大降低，在設計靈活度上也遠遠高于傳統的加工技術。

（五）3D打印技術在復雜鈦合金構件加工方面的應用

在航天航空領域中，傳統的加工技術在對復雜鈦合金構件進行加工與制造時，很難通過鍛造與鑄造手段進行制作，而通過焊接的方式又會給鈦合金造成腐蝕。通過3D打印技術中的激光鈦合金成形技術的應用，不僅能夠實現對復雜鈦合金構件的加工，避免鈦合金發生腐蝕，還能通過疊加技術的應用來節省絕大部分的昂貴材料，并且不需要制做任何專用模具，從而極大程度的節省了加工成本，縮短了加工時間，顯著增強了材料的強度。

總之，與傳統制造方式相比，3D打印技術不僅可大幅度降低生產成本，還突破了傳統制造工藝對于復雜形狀的限制，他帶來的是生產加工觀念的革命性變革，對推動全球航空航天領域的發展起到了重要的作用。

參考文獻：

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（作者單位：南陽市第一中學校）endprint