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新型航空航天飛行器正在不斷向性能高、壽命長(zhǎng)、成本低、可靠性好等方向發(fā)展，作為航空航天領(lǐng)域的新型制造技術(shù)，增材制造已經(jīng)證明了它的安全性和可靠性，它的典型例證是GE航空3D打印了超10萬(wàn)個(gè)噴嘴頭以及Norsk Titanium為波音提供經(jīng)過(guò)FAA認(rèn)證的客機(jī)零件。這些應(yīng)用既包括復(fù)雜結(jié)構(gòu)也涉及大尺寸零件，代表了航空航天零部件向結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和整體化發(fā)展的迫切需求。

金屬增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)涵蓋了設(shè)計(jì)、成本、加工周期、材料利用等方面?？梢哉f(shuō)，金屬增材制造技術(shù)是現(xiàn)代航空航天零件快速低成本研制和集成結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速組合制造的重要手段。

01批量制造
航空航天領(lǐng)域金屬3D打印的新趨勢(shì)

尤其以GE航空3D打印噴嘴的成功案例表明，金屬3D打印在航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量化制造是可行的。

近日由航天六院發(fā)布的，3D打印關(guān)鍵零組件在長(zhǎng)期試驗(yàn)中進(jìn)行了數(shù)十次可靠性考核，也足以說(shuō)明該技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的可接受度。

以粉末床激光熔融（L-PBF/SLM）為代表的金屬3D打印技術(shù)，已經(jīng)從制造單一航空航天驗(yàn)證組件，過(guò)渡到制造終端產(chǎn)品以及批量化制造階段。鉑力特整合多年金屬3D打印經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提升工藝，為航空航天零部件的批量化生產(chǎn)提供了完備的解決方案，經(jīng)驗(yàn)證的航空航天零件質(zhì)量精度一致性好，滿足批量生產(chǎn)的要求。

鉑力特智能制造廠房

本屆中國(guó)航展，鉑力特將展示“滿艙批產(chǎn)”的零部件之一——某無(wú)人機(jī)零部件變形設(shè)計(jì)展示安裝支架。該部件具有拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，整個(gè)零件自成形而未添加輔助支撐。滿版安裝支架尺寸為250×400×400mm，重量4.12kg。BLT-S400三光設(shè)備打印滿版安裝支架一次可成形40件，而時(shí)間僅需83h。零件在水平方向擺滿基板，在豎直方向疊加四層，充分利用了設(shè)備的成形空間。3D打印的安裝支架零件質(zhì)量、性能一致性高，尺寸精度良好，展現(xiàn)了BLT-S400對(duì)航空航天零部件的批量生產(chǎn)“降本增效”的能力。

左圖為安裝支架，右圖為支撐框架

另一個(gè)所展示的批量生產(chǎn)零件——支撐框架，為鈦合金材料打印，主體結(jié)構(gòu)為筋條狀，長(zhǎng)徑比大，多處結(jié)構(gòu)成形角度較小，添加樹(shù)狀支撐，部分區(qū)域添加格柵狀支撐，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。滿版支撐框架尺寸為250×400×400mm，重量5.92kg。使用BLT-S400三光設(shè)備滿版一次可成形12件，而僅需40小時(shí)。

BLT-S系列設(shè)備配備了鋪粉質(zhì)量監(jiān)控和三維重建等智能模塊

穩(wěn)定、一致的零件更需要生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控保駕護(hù)航。BLT-S系列設(shè)備配備了鋪粉質(zhì)量監(jiān)控和三維重建等智能模塊，鋪粉質(zhì)量監(jiān)控可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋪粉過(guò)程，智能識(shí)別多種鋪粉異常并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修復(fù)，保證了成形零件的高質(zhì)量品質(zhì)。三維重建可以快速識(shí)別成形缺陷，實(shí)時(shí)顯示已成形部分，便于后期質(zhì)量回溯。鉑力特還為各型號(hào)設(shè)備配備了相應(yīng)的“輔機(jī)全家桶”，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送粉和設(shè)備不間斷加粉而無(wú)需人員干預(yù)，助力設(shè)備高效的粉末循環(huán)，為批量化生產(chǎn)提速。

持續(xù)降本是批量生產(chǎn)帶來(lái)的重要價(jià)值。金屬3D打印的極小批量制造成本難以與傳統(tǒng)制造技術(shù)匹敵，但批量生產(chǎn)將極大有效利用裝備的生產(chǎn)空間，從而在固有成本無(wú)法改變的情況下，有效攤低零件的平均成本。同時(shí)需要指出的是，金屬3D打印的批量化生產(chǎn)，僅針對(duì)的是那些傳統(tǒng)制造無(wú)法加工的結(jié)構(gòu)，或者是在一定數(shù)量?jī)?nèi)采用3D打印具有顯著效益的情況?？傊?，從目前航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況來(lái)看，該領(lǐng)域的金屬3D打印有批量化的應(yīng)用趨勢(shì)。

02輕量化和整體化
推動(dòng)金屬3D打印往大尺寸制造方向發(fā)展

金屬3D打印正在朝著輕量化、整體化制造的趨勢(shì)邁進(jìn)，最典型的證據(jù)是，以需求驅(qū)動(dòng)的大尺寸金屬3D打印裝備的不斷面世。本次中國(guó)航展，鉑力特展出了多件SLM技術(shù)制造、超一米的整體結(jié)構(gòu)一體化制造的大尺寸零件，體現(xiàn)了“大、優(yōu)、特、精”等技術(shù)能力整合在一款零部件上的魅力。

尤其以該公司制造的發(fā)動(dòng)機(jī)集成件為例，該部件集中體現(xiàn)了金屬3D打印技術(shù)幾乎所有的結(jié)構(gòu)制造優(yōu)勢(shì)，如薄壁殼體、異形曲面、晶格點(diǎn)陣、復(fù)雜流道等。該產(chǎn)品的尺寸達(dá)到820×820×400mm，充分體現(xiàn)了增材制造產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)理念及鉑力特設(shè)備穩(wěn)定制造大尺寸、復(fù)雜多特征部件的加工能力。制造這種尺寸級(jí)別的零件，要求設(shè)備在成形過(guò)程中需要具有高度的可靠性及穩(wěn)定性，同時(shí)在成形過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)具有更嚴(yán)苛的要求。

3D打印具有一體化/整體化制造的顯著能力，能夠?qū)⒍喾N特征結(jié)構(gòu)在一次打印過(guò)程中制造出來(lái)。零件的整合帶來(lái)的效益同樣顯著，如制造環(huán)節(jié)極大減少、零件可靠性增強(qiáng)、零件整體減重、整體成本降低等等；同時(shí)也更利于尋找減輕重量的方法，以便可以攜帶更多的燃料和載荷。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、精妙細(xì)微的設(shè)計(jì)讓空天零件對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高。金屬3D打印技術(shù)讓零件突破外形輪廓和復(fù)雜程度約束，從航空航天制造領(lǐng)域設(shè)計(jì)的源頭出發(fā)，在滿足零件性能和服役條件的情況下，實(shí)現(xiàn)功能性優(yōu)先的設(shè)計(jì)，使金屬零件向輕量化和整體化方向發(fā)展，設(shè)計(jì)引領(lǐng)并推動(dòng)增材制造技術(shù)不斷突破和發(fā)展。

END

從當(dāng)前規(guī)?；膽?yīng)用案例以及發(fā)展規(guī)律看，金屬3D打印已經(jīng)成為航空航天領(lǐng)域研發(fā)和制造不可或缺的重要組成技術(shù)，尤其體現(xiàn)在對(duì)它的接受度方面，從質(zhì)疑、嘗試到大膽應(yīng)用，是這些年來(lái)該領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)的重要變化。

航空航天零部件的制造能力、水平是國(guó)家工業(yè)技術(shù)實(shí)力的重要體現(xiàn)。航空航天制造業(yè)作為發(fā)展?jié)摿薮蠛图夹g(shù)門(mén)檻較高的高端裝備制造業(yè)，具有強(qiáng)勁的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力。實(shí)際上，也是這些行業(yè)的高要求，促進(jìn)了金屬3D打印技術(shù)從材料、裝備到工藝甚至后處理等各方面的發(fā)展。未來(lái)，它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

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