3D打印与航空航天- 广州3D打印展

3D打印（又称为“增材制造”）作为新兴产业，是培育发展新动能、获取未来竞争新优势的重要因素。增材制造从发明至今只有30多年的时间，在中国真正从基础研究向产业化发展也就是近10年的时间。可以说，中国增材制造产业正是在加入世贸组织的背景下发展起来的。目前已经在各个行业有了成熟的应用，航天事业是国之重工，先进的材料成形技术是航空事业发展的重要驱动因素。

增材制造技术在航空航天领域表现出其作为一种与传统制造技术完全不同的新型制造方式，深刻影响了航空航天工业的产品设计，制造和组装。该技术不仅作为一种快速原型技术用来节省资金和时间，而且可以直接制造零部件和进行修复。航空航天工业需要不断发展更强、更轻和耐用的零部件，而增材制造技术为应对这些要求和挑战可以提供新的可能性，尤其是在航空航天零部件的设计和制造方面。

航空航天工业需要不断轻量化各种零部件的同时，提升零部件材料的强度，以提高飞行的燃油效率，并要满足安全性和可靠性的要求。为此，航空航天的设计人员需要尽量减少每个零部件的材料使用量，这就会增加结构、功能和性能等方面的设计复杂性。

1.结构设计。复杂结构的设计特点是采用非传统的外部形状，以最小的质量提供良好的机械性能。与传统的制造工艺相比，由于增材制造技术的层叠制造方式，使其在结构复杂的零部件制造中更加通用，并且在后续优化和制造中具有优势。

2.功能复杂性。功能设计主要体现在功能的复杂性，即把多种零件的功能性整合到一个零部件（多功能零部件），包括传统上不属于该零部件的功能。

3.性能要求。性能复杂性体现在零部件中材料性能的变化，这包括多材料设计和功能梯度材料。调整零部件机械性能与金属3D打印技术密切相关，比如粉末床熔融技术，改变其所使用的金属粉末粒度和分布，就能改变制件密度和相应的性能;而控制打印技术的工艺参数可以调整零部件硬度、疲劳强度和表面光洁度等的质量。

除此以外，相较于其他的成形技术，3D打印还有车一下三个优势：

1.零部件整合使用增材制造技术可以实现航空航天零部件的整合，这使得功能集成和获得更高可靠性和性能的零部件成为可能。与传统复杂的航空航天零部件包含多个简单零件不同，增材制造可以将多个简单零件整合成一个整体，并实现功能集成，且不会出现类似焊接、螺栓等紧固件连接和装配，这将减少用于检查、加工和维护零部件的成本。

2.航空航天工业需要性能优异的金属，例如钛合金，铝合金和特种钢等。以钛合金为例，其具有高的比强度，使用温度范围广，高抗腐蚀性等优异性能。现在，增材制造技术可以打印越来越多的优异材料，并将其应用在航空航天零部件上，Norsk Titanium公司已经开发出增材制造金属钦设备，并可以提供航空航天级的结构钦金属零部件。

3.小批量生产和周转时间相对于大量生产，增材制造技术在小批量生产和定制化零部件制造中更具有成本效益。该技术能够根据需求制造试验和更换零部件，以便快速交付和安装。这可以减少故障时间和相关成本。同时，该技术可以在不同地方制造所需零部件，而不是集中在一个制造工厂。这也会降低运输和存储成本。

总之，由于航空航天中零部件自身的特点，例如复杂的几何形状（功能集成）和大包络体积一体积比率（薄壁结构），以及生产制造航空航天零部件的特点，例如高的购买与飞行比率等，都使得增材制造技术非常适合应用于航空航天零部件的生产制造。