浅析3D打印技术对于航空航天材料的智能化设计作用

国际金属加工网 2017年10月12日

随着科学技术的不断发展,航空航天领域也呈现出前所未有的发展新态势。航空航天材料的设计也在向多样化、智能化及信息化方向发展。但是在材料的设计过程中仍然面临着设计成本高、设计精确度要求高等问题,这就要求设计者们必须严密地设计出需要的航空材料,并且尽可能地减小误差,这也给设计者带来了很大的技术难题。3D打印技术为此类问题的解决提供了新的方案。

1.3D打印技术的概念及发展特点

1.13D打印技术的概念

3D打印技术即一种快速打印样品成型技术。其原理是将金属粉末或塑料粉末等当做打印“墨”,根据数字模型要求,再通过逐层打印的方式打印出成品,这种技术在国外也被称为“增材制造”。3D打印技术的发展得益于计算机技术的不断创新与突破,其打破了传统打印的意义。此外,随着3D打印技术的不断完善与成熟,其越来越多地应用于生活、社会活动以及高科技等各个方面,诸如航天航空领域,对于我国高科技的发展有着重要的意义。

1.23D打印技术的发展特点

3D打印技术发展历程大致如下:1984年的基于数字资源的三维立体模型打印技术、1993年发明的3D印刷技术(3DP)、1996年具有真正意义上的的“3D打印机”问世、2005年第一台彩色“3D打印机”――Spe问世、2010年可以打印整个身躯轿车的“3D打印机”出现、2011年能够打印飞机的“3D打印机”出现。3D打印技术在不断朝着复杂、多样化以及高科技等领域的方向发展。因为其不需要传统的机械加工或制造模具就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体,极大地缩短了产品的生产周期,提高了产品的生产效率。这对航空航天材料的智能设计起着很大的作用。

2.3D打印技术运用于航空航天材料设计上的优势

2.1节省材料

一个飞机机身的模型需要许多零件和部分组成,而应用3D打印技术之后,不用剔除航空材料的边角料,提高了材料的利用率。此外,3D打印技术取代了传统的大规模、占用空间以及耗人力等的生产线,从而最大化地节省了材料,降低了成本。

2.2制作材料精度高

材料的精确设计是确保航天航空领域安全发展以及快速发展的最基本要求。而传统的材料设计技术无法保证人为的错误以及将误差降到最低等,这就限制了航天航空的发展。因此,3D打印技术运用于航天航空领域时,给航空航天的智能化材料设计带来的将是质的飞跃与创新。

2.3无需传统模具

3D打印技术在智能化材料设计过程中不用使用传统的刀具机床以及其他磨具,通过将产品的外形等通过计算机技术如AUTOCAD技术设计出来,然后直接打印生成实物产品。这在很大程度上简化了传统磨具下的制造工艺。

2.4缩短材料制作周期

3D打印技术可以自动、快速、直接和精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型,甚至能够直接制造零件和模具,绕过了传统的制造工序,从而有效地缩短了材料设计的研发与制作周期。

3.3D打印技术对航空航天材料智能化设计的促进作用

3.1促进了航空航天材料设计技术的革新

3D打印技术的运用加快了其材料智能化的设计进程,打破了传统的设计思维和方法,使得航天领域设计技术的不断发展及完善,更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度,加快了智能设计技术的发展与革新。

3.2促进了航空航天材料设计成本的降低

在航空领域,不管是创新设计还是机械制造,都需要严密规整的模型。在造一架飞机时,要经过无数的模型模拟,而每一次模型的制造以及模拟都需要很大的财力支持。而应用3D打印技术,这种资金消耗将得到大幅度降低。3D打印技术依靠高精确度使得设计时模型能够精准使用物料,这使得设计材料时所使用的资金的到合理的运用。

3.3促进了航空航天材料设计的创意性发展

在航空航天领域,其运用3D打印技术可以促进材料设计的智能创新,可以促进飞机机身的多形状化发展、零件的多颜色发展等。在使用3D打印技术之后,我们有理由期待一种更先进更具有创意性的航空航天产品。

3.4促进航空航天材料设计的人性化发展

运用3D打印技术实现材料设计智能化之后,材料制作可以向着个性化、多样化方向发展,例如:我们可以根据每家航空公司理念等的不同设计出富有个性化、突出其理念的产品,而不是趋同的制作,比如航天飞机上的座椅可以根据员工的操作习惯以及身体结构量身“3D”打造。这体现出材料制作的个性化,而这得益于3D打印技术的运用。

4.结语

综上所述,笔者认为基于计算机技术的3D打印技术以其高精确度、高生产率等特点将快速融入航空航天领域材料的智能化设计。但是,目前该技术仍然存在着强度低、材料存在局限性等缺点,因而其应用范围还不是太广泛。不过我们相信,3D打印技术的进一步完善会深刻的影响我们生活。


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