青島3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域上的應(yīng)用

3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜難加工零件的制造

航天航空裝備關(guān)鍵零部件的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，鑄造、鍛造等傳統(tǒng)制造工藝難以精準(zhǔn)加工，而金屬3D打印技術(shù)無需像傳統(tǒng)制造技術(shù)一樣研發(fā)零件制造過程中使用的模具，能讓讓高性能金屬零部件，尤其是高性能大結(jié)構(gòu)件的制造流程大為縮短，這將極大的縮短產(chǎn)品研發(fā)制造周期。國防大學(xué)軍事后勤與軍事科技裝備教研部教授李大光表示上世紀(jì)八九十年代，要研發(fā)新一代戰(zhàn)斗機(jī)至少要花10-20年的時間，而如果借助3D打印技術(shù)及其他信息技術(shù)，少只需3年時間就能研制出一款新戰(zhàn)斗機(jī)，因?yàn)?D打印技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)是無需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件。

3D打印技術(shù)顯著提高材料利用率

航天航空裝備對材料的性能和成分要求十分嚴(yán)苛，而材料的極大浪費(fèi)也就意味著機(jī)械加工的程序復(fù)雜，生產(chǎn)時間周期長。傳統(tǒng)制造方法對材料的使用率很低，一般不會大于10%，甚至僅為2%-5%，對于難加工的技術(shù)零件，加工周期會大幅度增加，制造周期明顯延長，從而造成制造成本的增加。3D打印技術(shù)可以輕松地加工高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料，且3D打印加工過程中對材料的利用相對充分，只需進(jìn)行少量的后續(xù)處理即可投入使用，材料的使用率達(dá)到了60%，有的可達(dá)90%以上，可以節(jié)約原材料且顯著的降低制造成本。

3D打印技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)零件減重

減重是航天航空武器裝備永恒不變的主題,不僅可以使飛行裝備在飛行過程中更靈活，而且可以減少載重量，節(jié)省燃油，降低飛行成本。但是傳統(tǒng)的制造方法已經(jīng)將零件減重發(fā)揮到了極致，想再進(jìn)一步發(fā)揮余力，已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí)。但是3D技術(shù)的應(yīng)用可以在保證性能的前提下優(yōu)化復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)零部件的整體制造，無需焊接、鉚接等組裝工藝，經(jīng)變換重新設(shè)計，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計成簡單結(jié)構(gòu)，從而起到減輕重量的效果。而且通過優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，能使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出合理化的分布，降低疲勞裂紋產(chǎn)生的危險性，從而提高零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、增強(qiáng)完整性和可靠性等性能、增加使用壽命。戰(zhàn)機(jī)的起落架是承受高載荷、高沖擊的關(guān)鍵部位，這就需要零件具有高強(qiáng)度的抗沖擊能力。美國F16戰(zhàn)機(jī)上使用3D技術(shù)制造的起落架，不僅滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，而且平均壽命是原來的2.5倍。

3D打印技術(shù)可快速修復(fù)零部件破損部分

在航天航空領(lǐng)域，重大裝備造價昂貴，如果使用過程中出現(xiàn)零部件損壞或零件尺寸不合要求等問題，將造成很大經(jīng)濟(jì)損失。此時，選擇利用3D打印技術(shù)修復(fù)零部件破損部分，使整體裝備快速投入使用是明智的。以高性能整體渦輪葉盤零件為例，當(dāng)盤上的某一葉片受損，則整個渦輪葉盤將報廢，直接經(jīng)濟(jì)損失價值在百萬之上。在以前，這種令人心痛的損失可能不可挽回，但是基于3D打印逐層制造的特點(diǎn)，我們只需將受損的葉片看作是一種特殊的基材，在受損部位進(jìn)行激光立體成形，就可以回復(fù)零件形狀，且性能滿足使用要求，甚至是高于基材的使用性能。由于3D打印過程中的可控性，其修復(fù)帶來的負(fù)面影響很有限。事實(shí)上，3D打印制造的零部件更容易得到修復(fù)，匹配性更佳。相較于其他制造技術(shù)，在3D修復(fù)過程中，由于制造工藝和修復(fù)參數(shù)的差距，很難使修復(fù)區(qū)和基材在組織、成分以及性能上保持一致性。但是在修復(fù)3D成形的零件時就不會存在這種問題了。修復(fù)過程可以看作是3D打印過程的延續(xù)，修復(fù)區(qū)與基材可以達(dá)到優(yōu)的匹配。這就實(shí)現(xiàn)了零件制造過程的良性循環(huán)：低成本制造+低成本修復(fù)=高經(jīng)濟(jì)效益。

3D打印技術(shù)應(yīng)用非常的廣泛，以上的四點(diǎn)描述的是關(guān)于3D打印機(jī)以及打印技術(shù)在航空領(lǐng)域上的應(yīng)用，希望對大家有所幫助！