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3D打印技术在航空制造领域的应用进展
2017-12-05 10:02:36

3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”,被认为是推动新一轮工业革命的重要契机。3D打印技术综合了数字化建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,3D打印机是该技术的核心装备,此外,新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。 


3D打印技术在航空制造领域的应用主要集中在 3个方面:产品外形验证、直接产品制造和精密熔模铸造的原型制造。早在20世纪90年代后期,美国就已经采用“选择性激光熔凝”3D打印技术制造了J-2X火箭发动机的排气孔盖。近年来波音公司已经利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件。空客使用3D打印技术制造了A380飞机客舱行李架,在“台风”战斗机中采用了3D打印技术生产的空调系统,近年来制定了“透明飞机”概念,并计划在2050年左右采用3D打印技术生产制造出整架飞机。GE航空在2012年11月20日收购了MorrisTechnologies3D打印公司,计划采用该公司的3D打 印技术制造LEAP发动机组件。2013年1月14日美国Sciaky公司采用电子束3D激光打印技术成功制造了尺寸为5.8m×1.2m×1.2m的钛合金零件,美国军工巨头洛克希德·马丁公司立即宣布,将与Sciaky公司合作,采用该技术生产F-35战斗机的襟副翼翼梁。 


2012年12月14日,中国工业与信息化部联合中国工程院制定了我国3D打印技术的技术路线图与中长期发展战略。在2013年的全国两会会议上,中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪指出近几年中国航空工业快速发展的秘密就是3D打印技术已基本实现产业化,并已经处于世界领先水平,中国在钛合金和M100钢的3D打印技术已应用于新机试制过程。中航成飞与沈飞计划将在研制的第五代战斗机歼-20和歼-31中采用3D激光打印技术制造钛合金主体结构件,以期降低飞机的结构重量,提高其有效推重比。西北工业大学凝固技术国家重点实验室激光制造工程中心通过3D激光立体打印技术为国产客机C-919制造了长度超过5m的钛合金翼梁。 

我国是制造业大国,3D打印技术未来将有可能对我国的航空制造业产生革命性的变革与颠覆,因此我国的航空制造业应未雨绸缪,积极推进技术创新与投入资金进行设备研制,并在以下方面进行筹备: 
(1)推进“产研结合”,拓展3D打印技术的应用领域,延伸产业链,提高产业化程度。将3D打印的“增材”与传统工艺的“减材”制造相结合,形成复合制造体系。 

(2)提升3D打印的速度、效率和精度。逐步实现3D打印机体积小型化、桌面化与成本低廉化。开发多样化3D打印材料,特别是能够实现直接成型的金属材料。 

(3)改变商业模式。通过一些资本化运作手段,兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业,以核心制造能力和低成本的制造效率为重点,打造航空制造企业自身的价值生产链。 

(4)加强3D打印产业联盟行业协会建设,推动产业协同发展。积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟,促进3D打印产业可持续发展。 

(5)加大科技扶持力度,提升3D打印技术水平。设立3D打印产业专项基金,重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。 

(6)加强教育培训,促进3D打印技术的社会化推广。将3D打印技术纳入相关学科建设体系,培养3D打印技术人才,依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和应用的培训。

编辑:南极熊
作者:刘 铭,张坤,樊振中 (中国航空工业集团公司北京航空材料研究院)