航空航天领域为何总是钟情3D打印技术？
2016-03-01 11:25:10
作者：本网整理来源：
近日，为摆脱对国外火箭发射系统的依赖，美国空军向私人航天公司SpaceX与和Orbital ATK抛出了一份总价高达2.41亿美元的大合同。这两家公司将为空军研制先进的火箭发动机原型，而3D打印技术将在其中扮演关键的角色。
美国私人航天公司SpaceX
过去的几年，各国军事部门和航空航天部门对于3D打印技术可谓是情有独钟，尤其是对于美国这样一个军事大国来说，用到3D打印技术的频率越来越高。比如，2014年，在其埃塞克斯号航空母舰上安装了一台金属3D打印机，而在几个星期以前，他们又分别为杜鲁门号航母和奇沙冶号航母各配备了一台3D打印设备。今年7月份，美国国防部武器供应商雷神公司对外宣称，他们已经使用了3D打印技术制作了制导武器的几乎所有组成部分，这包括3D打印的火箭发动机，用于引导和控制系统的部件，导弹本身，导弹翅片。未来，雷神公司的3D打印导弹可能就会出现在战场上。写到这里，笔者就想，3D打印为何总受到军事领域航空航天领域的青睐？一起分析一下就知道了。
美国杜鲁门号航母
3D打印技术作为第三次工业革命制造领域的典型代表技术，3D打印的发展时刻受到社会各界的广泛关注。尤其是航空航天制造企业，更是不惜耗费大量财力、物力加大研发力度，以确保自己的技术领先优势。
雷神公司3D打印导弹系统
作为工业界皇冠上的璀璨明珠，航空航天制造领域集成了一个国家所有的高精尖技术，而金属3D打印技术作为一项全新的制造技术，其在军事领域以及航空航天领域的应用优势突出，主要表现在以下几个方面：
1.缩短新型航空航天装备的研发周期
3D打印技术省去了零部件的模具铸造
航空航天技术是国防实力的象征，也是国家政治的体现形式，世界各国之间竞争异常激烈，因此，各国都想试图以更快的速度研发出更新的武器，使自己在国防领域处于不败之地。而金属3D打印技术让高性能金属零部件，尤其是高性能大构建的制造流程大为缩短。无需研发零件制造过程中使用的模具，这样就可以极大地缩短产品研发制造周期。
2.提高材料的利用率，节约昂贵的战略材料，降低制造成本
航空航天制造领域大都是在使用价格昂贵的战略材料，比如像钛合金、镍基高温合金等难加工的金属材料。传统制造方法对材料的使用率很低，一般不会超过2%—5%，材料的极大浪费也就意味着机械加工的程序复杂，生产时间周期长。如果是那些难以加工的技术零件，加工周期会大幅度增加，制造周期明显延长，从而造成制造成本的增加。3D打印技术只需进行少量的后续处理即可投入使用，材料的使用率达到了60%，有的甚至达到了90%以上，可以降低制造成本，节约原材料。
3.优化零件结构，减轻重量，增加使用寿命
对于航空航天武器装备而言，减轻重量是永恒不变的主题，不仅可以增加飞行装备在飞行过程中的灵活度，而且增加载重量，节省燃油，降低飞行成本。传统制造方法已经将零件减重发挥到了极致，但3D打印技术的应用，可以优化复杂零部件的结构，在保证性能的前提下，将复杂结构变换重新设计成简单结构，从而起到减轻重量的效果。3D打印技术通过优化零件结构，使零件的应力呈现出最合理化的分布，减少疲劳裂纹产生的危险，从而增加使用寿命。
4.零件的修复成型
金属3D打印技术，除用于生产制造之外，其在金属高性能零件修复方面的应用价值绝不低于其制造本身。就目前情况而言，金属3D打印技术在修复成型方面所表现出的潜力甚至是高于其制造本身。以高性能整体涡轮叶盘零件为例，当某一叶片受损，则整个涡轮叶盘将报废，直接经济损失高达百万元。
金属3D打印技术在修复零件方面的优势非常明显
而使用了3D打印技术以后，在受损部位进行激光立体成型，就可以恢复零件形状，且性能满足使用要求，甚至是高于基材的使用性能。由于3D打印过程中的可控性，其修复带来的负面影响很有限。
以上是3D打印技术在航空航天领域的应用优势，其技术优势明显，但也绝不是意味着金属3D打印是无所不能的，在实际生产中，其技术应用还有很多亟待解决的问题，比如，3D打印还无法适应大规模生产，满足不了高精度需求，无法实现高效率制造等。
而且，设备成本高居不下也是制约3D打印技术发展的一大因素，很多民用领域还无法承担起如此高昂的设备制造成本。随着材料技术、计算机以及激光技术的不断发展，制造成本将会不断降低，满足制造业对生产成本的承受能力，未来的3D打印技术一定会在制造领域绽放光芒。
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