3D打印技術在航天制造中的應用

肖升利

摘 要：3D打印技術是一種非常先進的技術，將這種技術應用在航天制造領域中的時候，能夠有效降低成本，縮短制造的周期，另外，這種技術還能夠有效提升零部件性能，因此，值得在航天制造領域廣泛推廣。文章針對3D打印技術，先介紹了3D打印技術的分類，接下來結合具體實例介紹了3D打印技術在航天制造中的應用，希望文章中對于3D打印技術與航天制造之間關系的介紹能夠得到相關人員的借鑒。

關鍵詞：3D打印技術 航天制造 應用

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0013-02

3D打印技術又被稱作增材制造技術，這種技術利用了先進的材料以及信息網絡，以數字模型為基礎進行材料的逐層堆積，通過這種方式制造出實體的物品。3D打印的過程主要分為兩個階段：第一個階段指的是利用計算機等技術進行3D模型的開發，在此之后，可以依照3D模型，利用特定材料，進行實體物品的打印。3D打印技術無需模具，生產方便，適合批量制造。目前3D打印技術在各個領域都有不小的發展，下面將具體介紹其在航天制造中的應用。

1 3D打印技術分類

3D打印技術分為3個方面的內容，下面將就這3個方面進行具體的說明。

1.1 激光熔覆

3D打印技術中的激光熔覆技術通過大功率激光器的使用來實現金屬零件制造的目的，而激光熔覆技術進行實體打印的原理在于利用大功率激光器以及同軸環形粉末噴嘴，保證激光的作用點和粉末的匯聚點之間能夠重合，在重合以后，可以進行噴嘴的移動，或者調整工作臺，這樣就可以得到致密的熔覆實體了[1]。然而這種技術的劣勢在于無法保證打印出的材料的精度，打印出材料后需要進行進一步的精加工，在此之后才能進行使用。

1.2 選區激光燒結

選區激光燒結技術一般利用到了50W的激光器，其打印的原理在于先進行有機粘接材料或者是低熔點金屬的包覆，接下來對選區進行激光照射，照射后，粘接材料或者是低熔點的材料就會熔化，然而其包裹著的金屬粉末不會熔化，這樣就能形成三維實體[2]。利用這種技術制造出的材料密實度較差，若需要繼續使用，就要滲入金屬進行空隙的填補或者是進行高溫重熔。

1.3 選區激光熔化

選區激光熔化是在選區激光燒結的基礎上進行了進一步的改進而發展出來的一種技術，這種技術與選區激光燒結的不同之處在于它將包覆著的金屬粉末也熔化掉了。經過這種技術打印出來的成品無需進一步加工，只要進行簡單拋光或表面處理就可以投入使用了[3]。而選區激光熔化又可以分為鋪粉式和送粉式，兩種方式的區分是依照不同的粉末傳輸方式來進行劃分的。

2 3D打印技術在航天制造的應用

2.1 零部件到整機型的應用

3D打印技術因為其自身材料制造上的巨大優勢而被國家重視，在軍事等領域都大力支持其發展。而在航天制造領域，它的應用范圍也在不斷擴充，除了進行一些零部件的打印之外，它還能實現一些整體機型的打印，打印時間短、打印精度高、打印成本低，是非常值得投入使用的。

在零部件階段的應用就有很多，例如：美國空軍第552空中控制聯隊就利用到了3D打印技術，選取了Fortus 400mc 3D打印機，利用該打印機進行了飛機座椅扶手塑料覆蓋的打印，而打印出的成品目前已經被用到了E-3預警機上，而在這種材料的制造上成本也大大降低了，由過去的8美元降到了目前的2.5美元；空客公司也是3D打印技術忠實的粉絲，距今，已經利用3D打印技術生產了1000多個飛機的零部件，并將這些零部件應用到了實體的飛機生產上，利用3D打印在保證了生產的周期成本的同時，還保證了零部件的精度。

在整機型階段也有一些應用，例如：美國太空探索技術公司利用3D打印技術制造出了一臺電動火箭發動機，打印出的發動機使得火箭發動的成本更為低廉，能夠在經濟的承受范圍內[4]；另外，俄羅斯的Rostec公司也利用到了3D打印技術進行了多用途兩棲無人機的打印，而這種打印生產周期短，且生產成本低。

在維修基地或裝備保障體系中增加3D打印技術部署，例如：韓國空軍就使用3D打印技術制造出了F-15K戰斗機噴氣發動機的高壓渦輪機蓋板，這一項技術對于成本的降低是巨大的，從4000萬韓元減少到300萬韓元，采購以及制造的時間從原先的60多天變為30天作用，3D打印技術，在歐洲的運輸機揚聲器罩的制造方面也有較大貢獻，生產時間從之前的6個月大幅降低到4～6h，生產成本也有單價600美元降低到35美元。另一方面，可以打印出已經停產的舊部件，提高自身的軍事維護能力。

在空間站應用3D打印技術已經得以實現，將所需要的原材料，通過運輸的方式送到國際空間站按需打印。美國太空制造公司已經研制出在真空條件下運作的3D打印機，并于2014年8月將其運送至國際空間站，除了將3D測試件進行打印之外，還打印了功能性的結構件。

2.2 3D打印趨于前端部署

在未來，隨著3D打印技術應用范圍的不斷擴大，3D打印也越來越趨向于前端部署，這種趨勢是非常必然的。而這種趨勢一旦形成，將會對目前的裝配維修等體系產生巨大的沖擊力度。

首先，如果在裝備保障體系或者是維修基地中進行3D打印技術的戰略部署對目前國防上的意義是非常巨大的，能夠大大減少國防上的開支，減少對國外產品的依賴。例如：韓國空軍將3D打印技術應用到了材料制造上，制造出了F-15K戰斗機可用的發動機高壓渦輪機蓋板，大大減少了這種材料的生產成本，由4000萬韓元減少到了300萬韓元，而在生產周期的縮短上，意義也是非常重大的[5]。

其次，如果在空間站進行3D打印技術的部署能夠實現太空的按需制造。例如：美國的太空制造公司經過不懈努力研發出來一種可用于太空真空環境中的3D打印機，而利用這種打印機，宇航員打印出了一些測試見和功能結構件[6]。然而，目前3D打印技術在空間站部署上進行應用時還存在著諸多挑戰，這種挑戰體現在如何對打印時的溫度進行控制以及保證打印出的物品的壽命之上。

最后，如果在戰場前沿進行3D打印技術的部署能夠實現戰場上的零部件打印，這樣一來，相應的打印將更為精確。例如：美國國防后勤局就在進行3D打印技術的咨詢，希望通過3D打印技術來起到減少庫存、戰略品精確使用的目的。而美國海軍已經利用到了3D打印技術進行了軍艦上的打印，這樣一來可以實現艦上打印各種飛機零部件，并實現一系列組裝，最終得到實體。

3 結語

綜上所述，我們可以看出，3D打印技術因其打印精準、快速而有著無可比擬的優勢，而對3D打印技術進行分類可以將其分為激光熔覆、選區激光燒結以及選區激光熔化，當這種技術應用到航天制造的領域中時，不管是零部件打印還是整機型的打印都非常方便快捷，且打印的質量很高，而在未來，3D打印技術將越來越趨向于前端部署，在航天制造領域的發展將不可限量。

參考文獻

[1] 薛芳，韓瀟，孫東華.3D打印技術在航天復合材料制造中的應用[J].航天返回與遙感，2015，36（2）：77-82.

[2] 賈平，李輝，孫棕檀.國外3D打印技術在航天領域的應用分析[J].國際太空，2015（4）：31-34.

[3] 張楊陽，胡宇凡，萬欣宇.3D打印技術在航空制造領域的發展探究[J].電腦編程技巧與維護，2015（9）：89-90.

[4] 林一平.航天科技創新與3D ITEP技術（上）[J].中國航天，2014（5）：323.

[5] 譚立忠，方芳.3D打印技術及其在航空航天領域的應用[J].戰術導彈技術，2016（4）：1-7.

[6] 楊佳文.3D打印技術在航天領域的應用[J].國際太空， 2015（9）：50-55.