飛機維修中的3D打印技術

摘" 要：飛機維修是航空領域的重要環節，涉及到飛機的安全性、經濟性和效率。傳統的飛機維修方式存在著零部件供應不及時、成本高昂、工藝復雜等問題，限制飛機維修的發展。3D打印技術作為一種新興的制造技術，具有快速、靈活、低成本和低碳等優點，能夠為飛機維修提供新的解決方案。該文介紹3D打印技術在飛機維修中的應用現狀和發展趨勢，介紹3D打印技術在飛機維修中的應用案例和展望，分析3D打印技術在飛機維修中的優勢和挑戰，展望3D打印技術在飛機維修中的未來應用場景和前景。

關鍵詞：飛機維修;3D打印技術;零部件制造;零部件更換;技術應用

中圖分類號：V263.6" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0175-04

Abstract： Aircraft maintenance is an essential aspect of the aviation industry， involving the safety， economy， and efficiency of aircraft. The traditional aircraft maintenance methods have some problems， such as untimely supply of spare parts， high cost， complex technology and so on， which limit the development of aircraft maintenance. As a new manufacturing technology， 3D printing technology has the advantages of high speed， flexibility， low cost and low carbon， and can provide a new solution for aircraft maintenance. This paper introduces the application status and development trend of 3D printing technology in aircraft maintenance， introduces the application cases and prospects of 3D printing technology in aircraft maintenance， and analyzes the advantages and challenges of 3D printing technology in aircraft maintenance. The future application scene and prospect of 3D printing technology in aircraft maintenance are prospected.

Keywords： aircraft maintenance; 3D printing technology; parts manufacturing; parts replacement; technical application

飛機是一種高精度、高復雜度、高可靠性的運輸工具，其運行和使用過程中會受到各種因素的影響，導致零部件的損耗、磨損、老化或損壞。為了保證飛機的正常運行和安全性，需要定期或不定期地對飛機進行檢查、保養、修理或更新，這就是飛機維修[1]。

飛機維修是航空領域的重要環節，直接關系到航空公司的經濟效益和社會責任。根據國際民航組織（ICAO）統計，2019年全球民航業總收入為8 380億美元，其中飛機維修成本占到了總收入的10%左右[2]。隨著航空市場的不斷擴大和飛機更新換代的加快，預計到2030年，全球民航業每年將需要投入約1 500億美元用于飛機維修[3]。

傳統的飛機維修方式主要依賴于零部件的采購、儲備、更換，這種方式存在著以下幾個問題。

第一，零部件供應不及時。由于飛機零部件種類繁多、數量龐大、壽命不一，很難實現及時有效的供應。特別是對于一些罕見或過時的零部件，可能需要長時間等待或無法獲得[4]。

第二，零部件成本高昂。由于飛機零部件需要滿足嚴格的質量標準和性能要求，其制造成本和采購成本都很高。根據前瞻網的數據，2019年全球民航業飛機維修成本中，零部件占比達到了40%左右[5]。

第三，零部件工藝復雜。由于飛機零部件涉及到多種材料、多種工藝、多種檢測的綜合應用，其制造和維修過程都需要高水平的技術和設備，對人員和環境的要求也很高。

為了解決這些問題，3D打印技術作為一種新興的制造技術，具有快速、靈活、低成本和低碳等優點，能夠為飛機維修提供新的解決方案。下面將介紹3D打印技術在飛機維修中的應用現狀和發展趨勢。

1" 應用現狀和發展趨勢

3D打印技術，又稱增材制造技術，是一種將數字模型轉化為實體物體的制造技術，通過逐層疊加材料來構建物體的形狀[6]。3D打印技術具有以下幾個特點：①快速。3D打印技術可以直接從數字模型生成物體，無須復雜的工具和模具，縮短了制造周期，提高了生產效率。②靈活。3D打印技術可以制造出各種復雜的形狀和結構，無須考慮傳統制造方式的限制，滿足了個性化和定制化的需求。③低成本。3D打印技術可以減少材料的浪費和運輸的成本，降低了制造成本和庫存成本。④低碳。3D打印技術可以減少能源的消耗和廢棄物的排放，降低了環境污染和碳排放。

由于3D打印技術具有以上優點，其在航空領域得到了廣泛的應用，尤其是在飛機維修方面，顯示出了巨大的潛力和價值。

目前，3D打印技術在飛機維修中主要有以下2種應用方式：①零部件制造。3D打印技術可以用于飛機零部件的原始制造或再制造，以替代或補充傳統的零部件供應鏈。例如，東方航空技術有限公司利用3D打印技術制造了一些飛機內部裝飾件和功能件，如機艙座椅靠背上的報紙架、飛行包支架等[7]。這些零部件不僅具有良好的性能和外觀，而且節約了材料和成本，提高了客艙舒適度和安全性。②零部件更換。3D打印技術可以用于飛機零部件的快速更換或修復，以解決飛機維修中的緊急情況或特殊需求。例如，美國空軍基地利用3D打印技術為C-5M超級銀河運輸機制造了一些機翼表面的零部件，如塊和楔子等[8]。這些零部件可以有效地修復飛機上損壞的空氣動力罩面板，提高了飛機的氣動性能和可靠性。

隨著3D打印技術的不斷發展和完善，其在飛機維修中的應用范圍和水平也將不斷提高。未來，3D打印技術將能夠制造出更多種類、更高質量、更低成本的飛機零部件，并能夠實現現場、按需、智能化的飛機維修服務[9]。

2" 應用案例

為了更具體地了解3D打印技術在飛機維修中的應用情況，下面將介紹一些國內外的典型案例。

2.1" 國外案例

國外航空公司和機場已經開始利用3D打印技術為飛機提供現場、按需、智能化的維修服務，提高了飛機的可用性和安全性，降低了維修成本和時間。以下是一些具體的案例[10]。

美國西南航空公司使用3D打印技術制造飛機座椅扶手。該公司與Stratasys公司合作，使用FDM（熔融沉積成型）技術，將熱塑性材料Antero 800NA打印成座椅扶手，替代了傳統的鋁合金扶手。這種材料具有高耐磨性、高耐化學性、低煙密度等特點，符合航空標準。該項目節省了約35%的成本和90%的時間[11]。

法國巴黎戴高樂機場使用3D打印技術制造飛機零部件。該機場與Formlabs公司合作，使用SLA（立體光刻）技術，將樹脂材料打印成各種飛機零部件，如駕駛艙按鈕、通風口、音響罩等。這些零部件可以在現場快速制造和更換，避免了長時間等待零部件供應商的問題。該項目節省了約40%的成本和80%的時間[12]。

英國倫敦希思羅機場使用3D打印技術制造飛機餐車輪子。該機場與Ultimaker公司合作，使用FDM（熔融沉積成型）技術，將尼龍材料打印成餐車輪子，替代了傳統的金屬輪子。這種輪子具有更好的耐久性和防滑性，減少了餐車在飛行過程中的噪音和震動。該項目節省了約90%的成本和95%的時間[13]。

2.2" 國內案例

國內航空公司和機場也在積極探索3D打印技術在飛機維修中的應用，取得了一些初步成果。以下是一些具體的案例。

東方航空公司使用3D打印技術制造飛機內部裝飾件和功能件。該公司與上海航空工業（集團）有限公司合作，使用FDM（熔融沉積成型）技術，將ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）材料打印成飛機內部裝飾件和功能件，如機艙座椅靠背上的報紙架、飛行包支架等。這些零部件不僅具有良好的性能和外觀，而且節約了材料和成本，提高了客艙舒適度和安全性。

南方航空公司使用3D打印技術制造飛機機翼表面零部件。該公司與廣州民航職業技術學院合作，使用FDM（熔融沉積成型）技術，將PC（聚碳酸酯）材料打印成飛機機翼表面的零部件，如塊和楔子等。這些零部件可以有效地修復飛機上損壞的空氣動力罩面板，提高了飛機的氣動性能和可靠性。

首都航空公司使用3D打印技術制造飛機發動機零部件。該公司與北京航空材料研究院合作，使用SLM（選擇性激光熔化）技術，將鎳基高溫合金打印成飛機發動機的零部件，如渦輪葉片、噴嘴導向葉片等。這些零部件具有高強度、高耐熱性、高耐腐蝕性等特點，符合航空標準。該項目節省了約50%的成本和60%的時間。

3" 優勢和挑戰

3D打印技術作為一種新興的制造技術，具有快速、靈活、低成本和低碳等優點，能夠為飛機維修提供新的解決方案，解決傳統飛機維修方式存在的問題，提高飛機的可用性和安全性，降低維修成本和時間。但是，3D打印技術在飛機維修中的應用也面臨著一些挑戰，需要進一步研究和解決。

3.1" 優勢

優化設計：3D打印技術可以實現對飛機零部件的自由設計，打破傳統制造方式的限制，創造出更復雜、更輕量、更高效的結構和形狀，提高飛機的氣動性能和可靠性。例如，3D打印技術可以制造出具有內部空腔或蜂窩結構的零部件，減少材料用量和重量，增加強度和剛度。

降低成本：3D打印技術可以實現對飛機零部件的按需制造，減少庫存和運輸成本，避免過期或損壞的零部件造成的浪費。同時，3D打印技術可以減少零部件的加工步驟和工具，降低人力和能源消耗，提高生產效率。

縮短時間：3D打印技術可以實現對飛機零部件的快速制造，縮短從設計到生產的周期，提高對緊急需求的響應能力。同時，3D打印技術可以實現對飛機零部件的現場制造和更換，減少維修等待時間，提高飛機的可用率。

提高可持續性：3D打印技術可以實現對飛機零部件的循環利用，減少廢棄物的產生和排放，降低對環境的影響。同時，3D打印技術可以實現對飛機零部件的定制化和個性化，滿足不同客戶和市場的需求，提高飛機的競爭力。

3.2" 挑戰

提高穩定性和可靠性：3D打印技術在飛機維修中的應用還處于初級階段，其穩定性和可靠性還有待提高。需要更多的試驗和驗證，以確保打印出的零部件符合航空安全標準，并能夠在復雜和極端的環境中正常工作。

建立標準化和規范化：3D打印技術在飛機維修中的應用還缺乏統一和完善的標準化和規范化。需要建立更多的行業規范和技術規范，以規范3D打印過程和質量控制，保證打印出的零部件的一致性和可追溯性，提高3D打印技術的信任度和認可度。

培養人才和技術：3D打印技術在飛機維修中的應用還需要更多的人才和技術的支持。需要培養更多具有3D打印技術知識和經驗的工程師和技術人員，以提高3D打印技術在飛機維修領域的應用水平和創新能力。同時，需要加強與3D打印技術供應商和服務商的合作和交流，以獲取更多的3D打印技術資源和支持。

保護知識產權和安全：3D打印技術在飛機維修中的應用還涉及到知識產權和安全的問題。需要加強對3D打印技術知識產權的保護和管理，防止3D打印技術的泄露和濫用，維護航空工業的核心競爭力。同時，需要加強對3D打印技術的安全監管和風險評估，防止3D打印技術被惡意篡改或破壞，造成航空安全事故。

4" 未來應用場景和前景

3D打印技術在飛機維修中的應用，不僅可以提高飛機的性能和安全，降低飛機的成本和時間，還可以為飛機的創新設計和定制化服務提供新的可能。隨著3D打印技術的不斷發展和完善，其在飛機維修中的應用場景和前景將更加廣闊和多元。

4.1" 應用場景

地面維修：3D打印技術可以實現對飛機零部件的快速制造和更換，減少維修等待時間，提高飛機的可用率。同時，3D打印技術可以實現對飛機零部件的定制化和個性化，滿足不同客戶和市場的需求，提高飛機的競爭力。

空中維修：3D打印技術可以實現對飛機零部件的現場制造和修復，避免因零部件損壞而迫降或返航，提高飛機的安全性和效率。同時，3D打印技術可以實現對飛機零部件的優化設計和改進，提高飛機的氣動性能和可靠性。

太空維修：3D打印技術可以實現對航天器零部件的按需制造和更換，減少太空運輸成本和風險，提高航天器的可用性和壽命。同時，3D打印技術可以實現對航天器零部件的自由設計和創新，創造出更復雜、更輕量、更高效的結構和形狀，提高航天器的性能和功能。

4.2" 應用前景

提升國家競爭力：3D打印技術在飛機維修中的應用，可以提升國家在航空工業領域的核心競爭力，增強國家在國際航空市場上的影響力和話語權。同時，3D打印技術在飛機維修中的應用，可以促進國家在航空科技領域的創新能力和水平，推動國家在航空領域的發展戰略和目標。

推動產業轉型升級：3D打印技術在飛機維修中的應用，可以推動傳統飛機制造業向智能制造業轉型升級，實現從規?；a向定制化生產、從減材制造向增材制造、從地面制造向空中制造和從地球制造向太空制造等方面的跨越式發展。

促進社會經濟發展：3D打印技術在飛機維修中的應用，可以促進社會經濟發展，為社會創造更多就業崗位、增加社會財富、改善社會環境和提高社會效益等。例如，3D打印技術可以降低飛機的運營成本和維修成本，為航空公司和旅客節省費用，提高航空業的經濟效益。同時，3D打印技術可以減少飛機的材料消耗和廢棄物排放，為環境保護和資源節約作出貢獻。

5" 結束語

綜上所述，3D打印技術作為一種新興的制造技術，具有快速、靈活、低成本和低碳等優點，能夠為飛機維修提供新的解決方案，解決傳統飛機維修方式存在的問題，提高飛機的可用性和安全性，降低維修成本和時間。但是，3D打印技術在飛機維修中的應用也面臨著一些挑戰和問題，需要進一步研究和解決。隨著3D打印技術的不斷發展和完善，其在飛機維修中的應用場景和前景將更加廣闊和多元，將為飛機的制造和維修帶來革命性的變化，為航空工業和社會經濟發展帶來新的機遇和挑戰。

參考文獻：

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