3D打印技术在航天工业中的应用

【编者按】3D打印技术在航空工业的发展正在如火如荼地进行着，它将为我们带来哪些惊艳之处？

3D打印技术发展至今，已从最初的模型制造转为实体零部件直接制造。其技术发展大致可分为三个阶段，在20世纪80年代，出现了立体平版印刷（SLA）和分层物体制造（LOM）技术，在20世纪90年代，出现了激光选区烧结（SLS）技术；自2000年至今，选择性熔化（SLM）、激光近净成形（LENS）、电子束熔融（EBM）等技术成为主流。

上海航天设备制造总厂科瑞工研所副所长兼上海金属增材制造工程中心主任、上海市增材制造协会会长、中国科学技术大学特聘教授王联凤先生

3D打印技术发展至今，已从最初的模型制造转为实体零部件直接制造。其技术发展大致可分为三个阶段，在20世纪80年代，出现了立体平版印刷（SLA）和分层物体制造（LOM）技术，在20世纪90年代，出现了激光选区烧结（SLS）技术；自2000年至今，选择性熔化（SLM）、激光近净成形（LENS）、电子束熔融（EBM）等技术成为主流。

在其发展过程中，3D打印技术一直有一个明显的优势就是可以将多个零部件集合成一个整体制造出来，以便减少零部件的数量，其安全性和可靠性随之提高。因为，从理论上来讲，零部件越多越不安全。

航天工业是一个需要高度安全性的领域，因此上述优势对于航天工业而言就显得尤为重要。回顾过去的几年，诸多企业已将增材制造应用于航天部件的制造中。美国NASA在2013年8月22日进行的高温点火试验中，增材制造的J-2X火箭发动机喷注器产生了创纪录的9t推力。整体式喷注器组零件数由原来的115个集成为2个，大大地缩短了生产周期；“Baby Bantam”火箭发动机点火试验的成功，标志着3D打印技术在航天领域的应用由研发阶段向工程化应用迈进了一步；GE公司采用SLM技术生产的发动机部件；航空航天和防务公司Aero Kinetics应用3D打印技术设计制造了无人驾驶飞机系统等等。

在国内，上海复杂技术增材制造工程中心依托的上海航天设备制造总厂，是中国航天科技集团下属的骨干企业，是国家重点保军企业。公司具有一流的生产、制造、总装、测试、试验能力，具备完整的配套研制生产体系和产品质量管理体系。公司是我国唯一集运载火箭、航天飞行器、先进战术武器为一体的航天骨干单位。企业拥有国家认定企业技术中心、高新技术企业、国家创新型示范企业、航天制造装备技术创新战略联盟等国家级创新研发平台。

上海复杂金属增材制造工程中心成功研制了国内首台多激光金属成形系统、适用于不锈钢、钛合金、高温合金多种材料；开展金属/非金属多功能激光3D打印装备研究、克服了一种材料对应一种设备的技术难题；开展机器人型同轴送粉激光3D打印装备研究，突破多系统集成技术难题；对多种金属材料成形机理开展研究工作；通过工艺参数优化，改善金属粉末成形质量；开展金属复杂构件成形工艺研究，探索复杂结构成形体系；开展同轴送粉成形工艺研究，探索大型金属结构成形工艺。

其实，增材制造不只是一项工艺或装备，而是一个包括设计、材料、工艺、设备、检测、标准全方位的技术群。另外，航天未来型号对3D打印材料的需求，就是高性能结构、功能一体化结构和智能系统结构的材料需求。

由此可见，3D打印技术在航空工业的发展正在如火如荼地进行着，它将为我们带来哪些惊艳之处是值得期待的。

未来，预计3D打印技术在航天工业的终极目标是就资源利用进行太空制造构想。NASA的SpiderFab计划中，包含两个概念，即太阳电池阵支撑结构在轨加工用桁架加工系统、大型孔径的组装。现今，已经采用类月壤材料进行的增材制造试验以及正在进行增材制造的月球基地模拟件。相信在不久的将来，3D打印技术在航天工业的最终目标将成为可能。

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