3D打印工艺助力航空航天业的发展

3D打印技术自上世纪90年代中期在美国问世以来，相关技术已经得到了巨大的发展，其终端应用方向也由最初的印刷、医药等行业向更多的产业领域进行扩展。目前，3D打印在全球范围内已被广泛应用于工程机械、航天航空、汽车制造、消费品制造等领域，其中航空航天领域应用占比达到19%，为3D打印技术的第二大应用方向。

3D打印技术能够实现复杂的设计，减少零部件的重量，降低生产成本，这给航空航天工业带来了许多好处。早在1989年，航空航天产业就率先使用了3D打印技术。30年后的今天，在全球100多亿美元的3D打印市场中，航空航天大概占有17%的份额，并对整个行业做出了重大贡献。

今天，随着3D打印技术的不断进步，已经成为航空航天业发展的一大助力。

航空航天的3D打印材料

目前，航空工业应用的3D打印主要集中在钛合金、铝锂合金、超高强度钢、高温合金等材料加工方面，这些材料基本都具有强度高、化学性质稳定、不易成型加工、传统加工工艺成本高昂等特点。而在3D打印技术方面，航空领域应用较多的3D打印技术主要采用SLM(选择性激光熔化)、EBM(电子束熔化)、DMLS(直接金属激光烧结)等技术形式。

钛合金是航空航天业里3D打印最常用的材料之一，因为它结合了铝的轻盈性和钢的强度。尽管钛粉非常昂贵，但基于3D打印的优化设计，可以尽可能的节省材料。

随着3D打印技术成为提高航空航天器设计和制造能力的一项关键技术，其在航空航天领域的应用范围不断扩展，并显现出从零部件向整机制造方面扩展的趋势。目前，国内外企业和研究机构利用3D打印不仅打印出了飞机、导弹、卫星、载人及货运飞船的零部件，还打印出了发动机、无人机、微卫星等航空航天领域整机，在成本、周期、重量等方面取得了显著效益，充分显示了3D打印技术在该领域的应用前景。

3D打印工装夹具

航空航天业的零件制造商，已经通过3D打印制作各种工装夹具。例如穆格飞机集团（Moog Aircraft Group）就用FDM 3D打印机制作了坐标测量机（CMM）这样的工具。

过去，该公司将坐标测量机的制造外包，需要4到6周。现在，使用3D打印，只需20小时即可完成。

备件

由于很难预测需求，所以要准备好备件，以备不时之需。3D打印是一个理想的解决方案，可以在需要零件时，随时生产。按需小批量3D打印可以缩短维护时间，降低运输成本，减少库存。例如，3D打印老式飞机的把手和纵向杆等部件。

零部件生产

越来越多的航空航天制造商，开始用3D打印来生产零件，从机舱内的配件到发动机部件。

例如Diehl航空，最近3D打印了1个幕布集线器，位于窗帘导轨的上方，将各个舱隔开。以前他们使用玻璃纤维和铝合金制作，不仅生产周期长，价格也贵。现在，Diehl3D打印了12个塑料零件，组装后即可安装使用，大大降低了成本，已经应用于空客A350。

由于能够制造轻量级、复杂的部件，制造引擎组件是3D打印的另一个重要用途。去年，火箭实验室制造其第100台卢瑟福火箭发动机时，就大量使用了3D打印的零件。自2013年以来，该公司一直在3D打印主要的发动机部件，包括燃烧室、喷油器、泵和主推进阀。

3D打印在航空航天领域的挑战

航空航天业来说，3D打印最大的挑战之一是认证。飞机部件必须遵守严格的规定，监管机构的任务是确保3D打印的部件与传统方法制造的部件一样安全。

3D打印在航空航天业的另一个挑战是建立一套规范的流程，除了设计、制造外，还必须建立资格认证程序，确保所需的零件可以按流程3D打印，确保每个步骤都符合规范。

3D打印在航空航天中的应用前景

尽管面临挑战，航空航天业将继续引领3D打印产业的发展，生产各种终端零件。预计到2024年，航空航天业的3D打印终端零件产值将超过30亿美元。