3D打印技术优势渐显,多方携手实现航天梦!

国际金属加工网 2018年07月24日

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。在当前国家局势复杂多变,世界各国在经济、科技、国防等领域的竞争日益激烈的背景下,越早研发出高新技术就越能在竞争中获得先导优势。3D打印技术的出现及其广泛应用,更是引发了全球各国的布局热潮。

3D打印技术优势渐显,多方携手实现航天梦!

近年来,全球3D打印产业已基本形成了以美、欧等发达国家和地区主导,亚洲国家和地区后起追赶的发展态势。中国在20世纪80年代末启动了3D打印技术的研究,经过多年的发展,产业化步伐明显加快。

目前,我国3D打印产业进入快速发展时期,发展潜力巨大。据前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》显示,2014年以来,我国3D打印产业规模不断扩张,2017年已达16.7亿美元。

随着3D打印技术不断取得新的突破,该项技术逐渐在包括生物医药、航空航天、机械设备等在内的多个领域加速落地。其中,3D打印技术应用于航空航天领域,使得航空航天领域产生了许多新的变化。

在应用于航空航天的多项3D打印技术中,激光金属3D打印技术广受业内人士肯定。激光金属3D打印被称为“3D打印王冠上的明珠”,是门槛最高、前景最好、最前沿的技术之一。2015-2016年,全球激光金属3D打印机销量保持两位数增长,是工业级3D打印领域逆势上涨的一朵“奇葩”。由于激光金属3D打印能快速制造出满足要求、重量较轻的产品,它在航空航天领域得到大展身手的机会。

例如,2016年9月,GE斥资14亿美元收购了瑞典Arcam公司和德国SLMSolutions集团两大金属3D打印巨头,加快布局3D打印航空发动机零部件业务,这对于降低能耗、缩短零件生产时间都是极为有利的。

一方面,由于航空航天领域大量需求大尺寸的精密构件,采用3D打印技术就可以更精准的确定零件的尺寸大小。在2016年珠海航展上,西安一家公司展示的一款3D打印航空发动机中空叶片,总高度达933mm。同等条件下,采用一般技术可能较难实现这一中空叶片的生产和制造,而采用3D打印技术就可以快速、准确的打印出所需要的产品。

另一方面,3D打印技术可以实现相应产品的微米纳米水平。在强度、硬度不变的情况下,利用3D打印技术可以大大减轻产品的体积和重量。哈佛大学和伊利诺伊大学的研究员3D打印出比沙粒还小的纳米级锂电池就证明了这一点,并且这款外观“娇小”的锂电池能够提供的能量却不少于一块普通的手机电池。

为了对3D打印技等多项前沿技术在航空航天领域的应用进行规范,业内机构也采取了行动。

近日,国际自动机工程师学会航空航天材料增材制造委员会发布了首套行业增材制造材料与工艺标准。这项标准包括4项具体内容,主要涉及基于粉末床的激光熔融(LPBF)增材制造技术。据业内人士分析,此次发布的标准,可以支持航空航天装备关键部件的认证,并保证供应链内材料性质数据的完整性与可追溯性。

这个标准出台后,也引发了业界人士的热议:为什么3D打印技术能在航空航天领域发挥重大的作用呢?

第一,3D打印技术能够提高材料的利用率,节约稀缺的战略材料,降低制造成本。一般来讲,航空航天制造领域大多使用价格昂贵的战略材料,比如像钛合金、镍基高温合金等金属材料。采用传统的制造方法,材料的使用率很低,一般不会大于10%,而采用3D打印技术就能提高材料的利用率、降低生产成本。

第二,3D打印技术可以优化零件结构,减轻重量,增加零件的使用寿命。对于航空航天武器装备而言,减重是非常重要的主题。在重量减轻后,飞行装备在飞行过程中具有更高的灵活性。与此同时,采用3D打印技术可以节省燃油,降低飞行成本。

第三,3D打印技术可以缩短新型航空航天装备的研发周期,促进新的航空航天装备早日面世。3D打印技术使得高性能金属零部件,尤其是高性能大结构零件的制造流程大为缩短。此外,产品研发制造的周期也会缩短。

目前,与国外相比,我国在航空航天领域的技术研发、武器装备制造等方面还存在着一定的差距。只有多方携手共进,才能实现伟大的航天梦。相信在不久的将来,包括3D打印在内的多项高新技术将不断成熟起来,我国的航空航天事业将会实现巨大的飞跃!


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