淺談航空航天領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的應用策略

隨洪銘

摘要：近些年來，3D打印技術(shù)作為一種全新的加工技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展，使傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式發(fā)生了極大的改變，特別是在航空航天領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)的應用極大提高了航空航天領(lǐng)域的發(fā)展水平。德國、美國等發(fā)達國家也相繼對3D打印技術(shù)予以了高度重視，并開始積極推廣這項新型加工技術(shù)。為此，我國也應奮起直追，來大力推廣與應用3D打印技術(shù)。為此，本文便對3D打印技術(shù)進行了簡要的介紹，明確了3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應用優(yōu)勢，并對航空航天領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的相關(guān)應用策略進行深入的探討。

關(guān)鍵詞：航空航天領(lǐng)域 3D打印技術(shù) 應用策略

一、3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)又被稱為增材制造技術(shù)，它是根據(jù)離散/堆積原理利用材料積累的方式來對零部件進行制造的一種加工技術(shù)，3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的制造技術(shù)來說，它能夠借助于計算機來構(gòu)建出零件的3D模型，并將這些3D模型進行拆分，使其成為具有一定厚度的若干薄片，并通過自下而上的方式來將這些薄片進行疊加成形，以此制作成與3D模型一模一樣的三維實體零件。3D打印技術(shù)能夠有效滿足一些加工起來非常復雜的零件制造，并且加工速度非?？焖?，從而極大減少了零件的制造周期。3D打印技術(shù)依據(jù)其制作材料與加工方法共分為七類，分別是光固化立體成形、電子束選區(qū)熔化成形、金屬激光熔融沉積成形、熔融沉積成型、分層實體制造成形、電子束熔絲沉積成形與電子束選區(qū)熔化成形。

二、3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應用優(yōu)勢

在航空航天領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)具備非常明顯的優(yōu)勢，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，航空航天領(lǐng)域中有許多非常精密的零部件及設(shè)備，而傳統(tǒng)的加工模式需要進行大規(guī)模的組裝與加工，制造起來非常麻煩，并且對刀具也有非常高的要求，因此需要耗費大量的時間。而通過3D打印技術(shù)的應用，能夠使這些復雜的零部件與設(shè)備制造起來更加簡單，在靈活性上也遠遠高于傳統(tǒng)的制造加工方法。其次，在航空航天領(lǐng)域中，復雜零部件及設(shè)備的加工難度較高，如果采用傳統(tǒng)的制造方法，必然會使加工過程變得異常復雜，這就極有可能造成在加工過程中發(fā)生差錯，而一旦零部件產(chǎn)生差錯而用于航空航天領(lǐng)域中，其引發(fā)的后果是具有災難性的。而通過3D打印技術(shù)的應用，將這些復雜零部件從三維實體的加工方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎S平面加工的方式，能夠極大降低復雜零部件的加工難度與復雜程度，從而使其在變形控制上更加到位，因此在復雜零部件的制作上能夠有效滿足航空航天領(lǐng)域的使用要求。

三、航空航天領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的應用策略

（一）3D打印技術(shù)在減輕重量方面的應用

在航空航天領(lǐng)域中，飛機和飛船是由數(shù)量眾多的零部件組裝而成的，而這些零部件如果重量較大，就會大大增加飛機和飛船的油耗量，這不利于節(jié)能效果的實現(xiàn)，并且還會使飛機與飛船的載重量大幅度下降。而通過3D打印技術(shù)來鈦合金材質(zhì)進行加工，能夠使飛機和飛船的整體質(zhì)量減輕，從而大大提高了飛機與飛船的載重能力，降低了燃油的油耗。

（二）3D打印技術(shù)在縮短制造時間方面的應用

在航空航天領(lǐng)域中，需要制造大批量的零件與高精度的復雜零件，并且還要應用到各種加工設(shè)備，在零件加工過程中，傳統(tǒng)的機械加工方式是利用銑削機床等工具來對零件進行加工的，在零件加工過程中流程不僅非常繁瑣，而且極易造成加工出錯而造成零件的無法使用，從而浪費了大量的時間，使飛機與飛船的組裝時間大大延長。而通過3D打印技術(shù)來對零部件的制造工藝進行相應的優(yōu)化，不僅能夠降低零部件加工的出錯率，還能有效保證零部件的加工精度，極大提高了零部件的加工速度，制造相同的零件，也許傳統(tǒng)的加工方法需要半年的時間，而采用3D打印技術(shù)，則只需要一個月的時間就能完成相同的工作量。

（三）3D打印技術(shù)在避免材料浪費方面的應用

3D打印技術(shù)通過激光熔融成形技術(shù)的采用，能夠有效降低大量材料的浪費，從而真正實現(xiàn)了綠色制造目標。據(jù)統(tǒng)計，利用激光熔融成形技術(shù)，對材料的浪費只有5%，并且零部件更加經(jīng)久耐用。而采用傳統(tǒng)的加工方法，材料浪費率則高達15%至30%。由此可以看出，3D打印技術(shù)能夠極大降低了制造成本，提高航空航天領(lǐng)域的經(jīng)濟效益。

（四）3D打印技術(shù)在大批量生產(chǎn)中小型零部件方面的應用

在航空航天領(lǐng)域中，利用3D打印技術(shù)能夠大批量的制造中小型零部件，從而在一定程度上節(jié)省了大量的制造成本，滿足了航空航天領(lǐng)域?qū)@些中小型零部件的使用要求。3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，不僅能夠使工具成本大大降低，在設(shè)計靈活度上也遠遠高于傳統(tǒng)的加工技術(shù)。

（五）3D打印技術(shù)在復雜鈦合金構(gòu)件加工方面的應用

在航天航空領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的加工技術(shù)在對復雜鈦合金構(gòu)件進行加工與制造時，很難通過鍛造與鑄造手段進行制作，而通過焊接的方式又會給鈦合金造成腐蝕。通過3D打印技術(shù)中的激光鈦合金成形技術(shù)的應用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對復雜鈦合金構(gòu)件的加工，避免鈦合金發(fā)生腐蝕，還能通過疊加技術(shù)的應用來節(jié)省絕大部分的昂貴材料，并且不需要制做任何專用模具，從而極大程度的節(jié)省了加工成本，縮短了加工時間，顯著增強了材料的強度。

總之，與傳統(tǒng)制造方式相比，3D打印技術(shù)不僅可大幅度降低生產(chǎn)成本，還突破了傳統(tǒng)制造工藝對于復雜形狀的限制，他帶來的是生產(chǎn)加工觀念的革命性變革，對推動全球航空航天領(lǐng)域的發(fā)展起到了重要的作用。

參考文獻：

[1]楊德建，劉仁洪.大型復雜金屬零件3D打印技術(shù)及研究進展[J].兵工自動化，2017，（02）.

[2]美國LLNL對外宣布3D打印可涉足航空級碳纖維復合材料[J].玻璃鋼/復合材料，2017，（03）.

[3]薛文凱，杜鶴，戴鸛融.3D打印設(shè)計教學研究與實踐[J].藝術(shù)工作，2017，（02）.

（作者單位：南陽市第一中學校）endprint