淺析3D打印技術在航空制造中的應用

屈春英

摘要：3D打印技術的發展使許多領域充滿了生機。從三維成形的角度，顛覆傳統觀念，創造鍛造行業的升級發展。三維打印技術是一種新型的加性制造技術。它是全球制造業中新興的一種制造技術，集光學控制、數控、新材料等應用于一體。在航空制造領域，3D打印技術可以在復雜零件的生產制造中發揮重要作用，創新材料類型，將新技術、新方法有機結合，形成適合航空工業發展的技術創新和產品創新。

關鍵詞：3D打印技術 航空制造 技術優勢 應用標準

3D打印技術的飛速發展，使各個生產領域的生產效率有了明顯的提升，同時為生產效益的增加提供了可靠的技術支持，對于經濟社會的穩步發展具有積極的作用。在不同的方面進行應用， 3D打印技術能夠更好地實現發展的目標，為國家各領域的技術水平提供有效的支持和保障。應該在具體的實踐中，正確地看待 3D打印技術，明確其在航空制造領域做出的貢獻，并且結合現代航空制造業的發展要求，奠定相應的基礎，為該技術的長遠發展清除障礙。

一、3D打印技術的誕生與發展

3D打印技術最初由美國人發明，誕生于上世紀的八十年代，由“立體光刻”技術發展而來。這種技術是借助數字信息像復印機一樣復制出具有三維立體形式的物體模型，然后將樹脂在紫外線照射下就會凝固成形，從而制造出真實可見的物體。隨后在幾年間由來自美國麻省理工研究：的眾多專家將這種技術加以創新，將其申請為專利，并逐漸推向市場，從此其技術應用范圍越加廣泛。基于其技術具有材料利用率高等特點，各領域對其發展應用給予了高度重視，對技術的推廣同樣給予了十足的信心。其技術是 3D模型通過被設計掃描后，以某個坐標軸為基點，按照一定的方向將模型切成若干個剖面，打印出這些剖面，按照三維尺寸與一定的順序堆積起來，等比例的實體給人以立體感官的模型形成，經過對模型的再加工制造形象直觀的物體得以出現。從世界范圍內來看，沒有任何一個國家的 3D打印技術可以與美國相提并論，美國確實是這個方面的先驅，敢于將其技術投入到新領域應用當中，隨著技術的不斷發展，開始在電子產品、汽車工業等多種領域中得到廣泛應用，更高端的航空制造領域也逐漸開始應用該項技術。在歐美的一些國家中，在商業運行模式初步形成的前提下，此技術以良好的效果在航空制造領域中得到應用推廣。美國是全球最先發明 3D打印技術的國家，將其技術應用在民用領域的全球第一家企業是日本佳能，應用在單反相機的殼體制造上，鎂鋁合金制造成曲線面，以形成相機的頂蓋。3D打印技術在我國的航空制造領域的應用并不是一帆風順，由于航空工業發展歷程漫長曲折，航空技術與西方國家存在著巨大差距，但是伴隨科技的迅猛發展，航空制造技術也得到了快速發展，3D打印技術的傳播范圍越來越廣，日臻完善，使得越加在航空制造工業中得到應用推廣。經過多年來的共同致力研究，我國的 3D打印技術已不再顯得落后，利用此項技術發展而來的凈成型加工技術對于航空制造發揮了重要作用。

二、主流技術手段與優勢

2.1 3D打印技術通過金屬熔融疊加塑形

從金屬制造和加工的技術考慮.3D打印技術的主要原理就是通過數字化處理系統，利用數字化模型進行空間網格化設計，通過各個空間點陣，利用金屬微量熔融和燒結技術，將零件一層層堆積成型。 3D打印技術的成型原理與激光打印的原理相似.只是激光打印機打出的材料是平面的.而 3D打印機打印立體效果。 3D打印技術具有空間效應，在航空制造業中，3D打印技術能夠增加零件的韌度，高分子的操作使金屬成型更快速，更符合航空材料的需求。

2.2 3D打印技術可以使用鈦合金等高強度材料

航空工業發展中，對材料的要求很高，具有質量與重量雙要求。傳統材料化學性質穩定.不容易被加工成型.這些材料利用傳統的工藝無法達到塑造效果，這是航空材料制造應用中的難題。 3D打印技術出現后。從一定程度緩解了這個矛盾。3D打印技術使用的材料主要集中在鈦合金、鋁鋰合金等高強度材料上.生產過程中運用光學原理，打破材料本質的特性，使熔融金屬絲沉淀，能滿足航空部件化學性質穩定的要求。

2.3 3D打印技術結合了電子光學效應

3D打印技術使用最主要的技術就是電子束和激光技術。電子束快速數字成型技術，是由電子束焊發展而來的，電子束的熔化成型技術具有聚焦點直徑大、加工過程中熱效應強、形成零件的精準度高的特點，特別是對復雜腔體、扭轉體或者薄壁腔體.成型效果優勢明顯。另外，大功率激光器是 3D打印技術中使用的主要設備，激光數字成型技術與電子束相似，但是，比電子束更具實際操作力，在掃描點陣精度上更高，并且能夠減少材料的損耗。

三、空制造領域的應用

3D打印技術在航空制造領域的應用主要集中在 3個方面：產品外形驗證、直接產品制造和精密熔模鑄造的原型制造。早在 20世紀 90年代后期，美國就已經采用“選擇性激光熔凝”（SLM）3D打印技術制造了 J一 2x火箭發動機的排氣孑 L蓋。近年來波音公司已經利用 3D打印技術制造了大約 300種不同的飛機零部件。空客使用 3D打印技術制造了 A380飛機客艙行李架，在“臺風”戰斗機中采用了 3D打印技術生產的空調系統，近年來制定了“透明飛機”概念，并計劃在 2050年左右采用 3D打印技術生產制造出整架飛機。 GE航空在 2012年 11月 20日收購了 MorrisTechnolo- gies3D打印公司，計劃采用該公司的 3D打印技術制造 LEAP發動機組件。 2013年 1月 14日美國 Sciaky公司采用電子束 3D激光打印技術成功制造了尺寸為 5.8m伊1.2m伊1.2m的鈦合金零件，美國軍工巨頭洛克希德窯馬丁公司立即宣布，將與 Sciaky公司合作，采用該技術生產 F一 35戰斗機的襟副翼翼梁。我國是制造業大國，3D打印技術未來將有可能對我國的航空制造業產生革命性的變革與顛覆，因此我國的航空制造業應未雨綢繆，積極推進技術創新與投入資金進行設備研制.并在以下方面進行籌備：

3. 1推進“產研結合”，拓展 3D打印技術的應用領域，延伸產業鏈，提高產業化程度。將 3D打印的“增材”與傳統工藝的“減材”制造相結合，形成復合制造體系。

3.2 3D打印的速度、效率和精度。逐步實現 3D打印機體積小型化、桌面化與成本低廉化。開發多樣化 3D打印材料，特別是能夠實現直接成型的金屬材料。

四、結語

雖然 3D打印技術在成本和速度上具有突出的優勢，但其面臨的挑戰也很明顯：打印信息安全、專業技術人員技能水平等，因此，在航空制造領域推廣 3D打印技術還有很長的路要走。

參考文獻：

[1]沈響.3D打印技術在航空制造中的應用研究[D].陜西：長安大學，2017.

[2]何紀源.3D打印技術在航空制造領域的應用進展 [J].科學與財富，2016，8（2）：2.

（作者單位 ：沈陽沈飛集團鋁業幕墻工程有限公司 ）