浅析3D打印技术在航空制造中的应用

屈春英

摘要：3D打印技术的发展使许多领域充满了生机。从三维成形的角度，颠覆传统观念，创造锻造行业的升级发展。三维打印技术是一种新型的加性制造技术。它是全球制造业中新兴的一种制造技术，集光学控制、数控、新材料等应用于一体。在航空制造领域，3D打印技术可以在复杂零件的生产制造中发挥重要作用，创新材料类型，将新技术、新方法有机结合，形成适合航空工业发展的技术创新和产品创新。

关键词：3D打印技术 航空制造 技术优势 应用标准

3D打印技术的飞速发展，使各个生产领域的生产效率有了明显的提升，同时为生产效益的增加提供了可靠的技术支持，对于经济社会的稳步发展具有积极的作用。在不同的方面进行应用， 3D打印技术能够更好地实现发展的目标，为国家各领域的技术水平提供有效的支持和保障。应该在具体的实践中，正确地看待 3D打印技术，明确其在航空制造领域做出的贡献，并且结合现代航空制造业的发展要求，奠定相应的基础，为该技术的长远发展清除障碍。

一、3D打印技术的诞生与发展

3D打印技术最初由美国人发明，诞生于上世纪的八十年代，由“立体光刻”技術发展而来。这种技术是借助数字信息像复印机一样复制出具有三维立体形式的物体模型，然后将树脂在紫外线照射下就会凝固成形，从而制造出真实可见的物体。随后在几年间由来自美国麻省理工研究：的众多专家将这种技术加以创新，将其申请为专利，并逐渐推向市场，从此其技术应用范围越加广泛。基于其技术具有材料利用率高等特点，各领域对其发展应用给予了高度重视，对技术的推广同样给予了十足的信心。其技术是 3D模型通过被设计扫描后，以某个坐标轴为基点，按照一定的方向将模型切成若干个剖面，打印出这些剖面，按照三维尺寸与一定的顺序堆积起来，等比例的实体给人以立体感官的模型形成，经过对模型的再加工制造形象直观的物体得以出现。从世界范围内来看，没有任何一个国家的 3D打印技术可以与美国相提并论，美国确实是这个方面的先驱，敢于将其技术投入到新领域应用当中，随着技术的不断发展，开始在电子产品、汽车工业等多种领域中得到广泛应用，更高端的航空制造领域也逐渐开始应用该项技术。在欧美的一些国家中，在商业运行模式初步形成的前提下，此技术以良好的效果在航空制造领域中得到应用推广。美国是全球最先发明 3D打印技术的国家，将其技术应用在民用领域的全球第一家企业是日本佳能，应用在单反相机的壳体制造上，镁铝合金制造成曲线面，以形成相机的顶盖。3D打印技术在我国的航空制造领域的应用并不是一帆风顺，由于航空工业发展历程漫长曲折，航空技术与西方国家存在着巨大差距，但是伴随科技的迅猛发展，航空制造技术也得到了快速发展，3D打印技术的传播范围越来越广，日臻完善，使得越加在航空制造工业中得到应用推广。经过多年来的共同致力研究，我国的 3D打印技术已不再显得落后，利用此项技术发展而来的净成型加工技术对于航空制造发挥了重要作用。

二、主流技术手段与优势

2.1 3D打印技术通过金属熔融叠加塑形

从金属制造和加工的技术考虑.3D打印技术的主要原理就是通过数字化处理系统，利用数字化模型进行空间网格化设计，通过各个空间点阵，利用金属微量熔融和烧结技术，将零件一层层堆积成型。 3D打印技术的成型原理与激光打印的原理相似.只是激光打印机打出的材料是平面的.而 3D打印机打印立体效果。 3D打印技术具有空间效应，在航空制造业中，3D打印技术能够增加零件的韧度，高分子的操作使金属成型更快速，更符合航空材料的需求。

2.2 3D打印技术可以使用钛合金等高强度材料

航空工业发展中，对材料的要求很高，具有质量与重量双要求。传统材料化学性质稳定.不容易被加工成型.这些材料利用传统的工艺无法达到塑造效果，这是航空材料制造应用中的难题。 3D打印技术出现后。从一定程度缓解了这个矛盾。3D打印技术使用的材料主要集中在钛合金、铝锂合金等高强度材料上.生产过程中运用光学原理，打破材料本质的特性，使熔融金属丝沉淀，能满足航空部件化学性质稳定的要求。

2.3 3D打印技术结合了电子光学效应

3D打印技术使用最主要的技术就是电子束和激光技术。电子束快速数字成型技术，是由电子束焊发展而来的，电子束的熔化成型技术具有聚焦点直径大、加工过程中热效应强、形成零件的精准度高的特点，特别是对复杂腔体、扭转体或者薄壁腔体.成型效果优势明显。另外，大功率激光器是 3D打印技术中使用的主要设备，激光数字成型技术与电子束相似，但是，比电子束更具实际操作力，在扫描点阵精度上更高，并且能够减少材料的损耗。

三、空制造领域的应用

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”（SLM）3D打印技术制造了 J一 2x火箭发动机的排气孑 L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 MorrisTechnolo- gies3D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伊1.2m伊1.2m的钛合金零件，美国军工巨头洛克希德窑马丁公司立即宣布，将与 Sciaky公司合作，采用该技术生产 F一 35战斗机的襟副翼翼梁。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：

3. 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。

3.2 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。

四、结语

虽然 3D打印技术在成本和速度上具有突出的优势，但其面临的挑战也很明显：打印信息安全、专业技术人员技能水平等，因此，在航空制造领域推广 3D打印技术还有很长的路要走。

参考文献：

[1]沈响.3D打印技术在航空制造中的应用研究[D].陕西：长安大学，2017.

[2]何纪源.3D打印技术在航空制造领域的应用进展 [J].科学与财富，2016，8（2）：2.

（作者单位 ：沈阳沈飞集团铝业幕墙工程有限公司 ）