編譯 程夢(mèng)瑤

3D打印進(jìn)入噴氣時(shí)代

澳大利亞莫納什大學(xué)在今年2月份舉辦的澳大利亞國(guó)際航空展上展示了世界上首次運(yùn)用3D打印技術(shù)制造的飛機(jī)引擎（被稱為輔助動(dòng)力裝置）。這項(xiàng)制造業(yè)的技術(shù)突破將促使飛機(jī)引擎更廉價(jià)、輕便、節(jié)能。

編者按

發(fā)端于上個(gè)世紀(jì)90年代的3D打印技術(shù)，在進(jìn)入21世紀(jì)以后呈現(xiàn)出井噴式的發(fā)展態(tài)勢(shì)。依托于增量制造技術(shù)，3D打印在工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、汽車、航天航空、醫(yī)療、教育、地理信息等領(lǐng)域都展開了廣泛的應(yīng)用實(shí)踐。

2014年12月7日，中國(guó)首臺(tái)航天3D打印機(jī)用鈷鉻合金材料打印的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪橫空出世?；蛟S在未來，只需運(yùn)送一臺(tái)3D打印機(jī)到太空，航天員就可以在太空自主打印所需的物品。在今年2月份舉辦的澳大利亞墨爾本國(guó)際航空展上，展出了兩臺(tái)運(yùn)用3D打印技術(shù)制造的飛機(jī)引擎，這是世界首臺(tái)3D打印的飛機(jī)引擎。

雖然在中國(guó)3D打印還處于初級(jí)階段，整體產(chǎn)業(yè)體量還較小，被認(rèn)為是有錢人才玩得起的“高級(jí)玩具”，伴隨著人類無窮無盡的想象力和創(chuàng)造力，在不遠(yuǎn)的將來，3D打印將走進(jìn)你我家中。

在世界范圍內(nèi)十分流行的3D打印使增量制造技術(shù)變得家喻戶曉，但它不可能在短期內(nèi)取代可以用于批量生產(chǎn)的金屬加工技術(shù)。

超越傳統(tǒng)的增量制造技術(shù)

增量制造技術(shù)也叫快速成型技術(shù)(Rapid Prototype)，誕生于20世紀(jì)80年代后期,區(qū)別于利用車削銑磨等傳統(tǒng)加工方法的制造技術(shù)，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù), 被認(rèn)為是近20年來，制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。

增量制造技術(shù)是基于材料累加原理的快速成型操作過程,實(shí)際上是逐層疊加制造零件，可以形象化理解成一整條面包的結(jié)構(gòu)是一片面包落在另一片面包之上一層層累積而成的。

對(duì)于定制化的應(yīng)用而言，即便是需要滿足嚴(yán)格的工程技術(shù)要求，或是需要保證產(chǎn)品在“容差”范圍內(nèi)，增量制造技術(shù)仍然會(huì)以驚人的速度取代傳統(tǒng)方式。

通過逐層打印的方式構(gòu)造機(jī)器的零部件意味著，在構(gòu)造復(fù)雜的形狀時(shí)，比打造一塊金屬更簡(jiǎn)單，并且可以移除不需要的部分。這樣也可以減少浪費(fèi)。

草動(dòng)知風(fēng)向，這項(xiàng)最新的技術(shù)目前來自兩個(gè)地方。

英國(guó)著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）正在測(cè)試?yán)?D打印技術(shù)生產(chǎn)商業(yè)噴氣飛機(jī)的零部件。位于澳大利亞墨爾本的莫納什大學(xué)的研究小組已經(jīng)按照這種方式創(chuàng)建了一個(gè)完整的、小型的發(fā)動(dòng)機(jī)。

3D打印引入航空領(lǐng)域

羅爾斯·羅伊斯公司的計(jì)劃是使用3D打印技術(shù)構(gòu)建Trent xwb-97（羅爾斯·羅伊斯研發(fā)的渦輪風(fēng)扇系列發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)動(dòng)機(jī)前軸承座。

Trent XWB-97的前軸承座，軸承座包括48片機(jī)翼葉，能將空氣引入飛機(jī)的壓縮機(jī)。它的直徑為1.5米，長(zhǎng)度為0.5米，由鈦和鋁的合金構(gòu)成。

羅爾斯·羅伊斯公司的增量制造部門由尼爾·曼特爾領(lǐng)導(dǎo)，工程師一直在試驗(yàn)用3D打印技術(shù)來完成Trent系列發(fā)動(dòng)機(jī)軸承座的生產(chǎn)，打印的材料是電子束熔化粉末合金。該合金經(jīng)過熔融、固化最后被打印成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

在實(shí)地測(cè)試中，結(jié)果令人滿意，但需要等到裝有3D打印引擎的飛機(jī)實(shí)地起飛后，才能證明這項(xiàng)測(cè)試是否完全成功。羅爾斯·羅伊斯公司將在今年下半年進(jìn)行實(shí)地飛行試驗(yàn)。

3D打印制造飛機(jī)引擎

澳大利亞莫納什大學(xué)在今年2月份舉辦的澳大利亞國(guó)際航空展上展示了世界上首次運(yùn)用3D打印技術(shù)制造的飛機(jī)引擎（被稱為輔助動(dòng)力裝置）。

它可以發(fā)電，還可以幫助啟動(dòng)飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管和其他噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)原理相同，旨在對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生助推力，但它確實(shí)能起到作用。

這項(xiàng)制造業(yè)的技術(shù)突破將促使飛機(jī)引擎更廉價(jià)、輕便、節(jié)能。研究人員計(jì)劃，在未來一年內(nèi)對(duì)3D打印的引擎零件進(jìn)行飛行測(cè)試，并在兩到三年內(nèi)將其應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。

澳大利亞莫納什大學(xué)增量制造技術(shù)中心主任吳新華，與她的同事們根據(jù)法國(guó)一家名為賽峰微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)公司（Safran Microturbo）提供的模型構(gòu)建液壓動(dòng)力單元，他們正在建立基于3D打印技術(shù)的合作項(xiàng)目。

他們利用激光而不是電子束來實(shí)現(xiàn)熔融，打印的部件是由鈦、鎳和鋁的合金制成，長(zhǎng)為60厘米，直徑40厘米，重量38千克。

目前還不能完全確定這臺(tái)利用3D打印技術(shù)制造的引擎是否能夠使用，但測(cè)試計(jì)劃已經(jīng)在有條不紊地進(jìn)行中。

不再是小玩意兒

“這是一個(gè)證明我們可以做什么的機(jī)會(huì)。”吳新華教授說。

“但是，當(dāng)我們仔細(xì)審視這項(xiàng)計(jì)劃時(shí)，我們會(huì)認(rèn)識(shí)到，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的制造方法已經(jīng)發(fā)展了許多年。所以我們可以把發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解，并掃描其組件。然后，我們可以利用3D打印出兩份復(fù)制品?！?/p>

與羅爾斯·羅伊斯公司類似，賽峰微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)公司并不打算打印整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。但某些部件，比如中心軸，使用這種技術(shù)則更加便利。兩家公司紛紛表示對(duì)3D打印技術(shù)充滿興趣，在不久前還被許多人看作是小玩意兒的3D打印技術(shù)，現(xiàn)在—已經(jīng)開始準(zhǔn)備承擔(dān)一些重要任務(wù)了。

來源：《The Economist》（《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》2015年3月刊)

3D打印行業(yè)應(yīng)用案例

3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。

無人機(jī)：美國(guó)國(guó)防部用于巡航的3D打印無人機(jī)，速度為每小時(shí)40英里，續(xù)航能力達(dá)45分鐘。

牙科：為了更加適配個(gè)人的牙床和口腔特點(diǎn)，科學(xué)家通過3D打印打造牙齒固位器、牙橋和牙套等牙科用品。

骨架：通過CT掃描了解病人的骨架，然后利用3D打印技術(shù)為病人構(gòu)建一副新骨。

槍支：全球首款完全利用3D打印技術(shù)制造的手槍Liberator，在前年引起一時(shí)轟動(dòng)。雖然被美國(guó)政府部門叫停，畢竟3D打印文件上傳網(wǎng)絡(luò)后，每個(gè)人都可以成為手槍制造商。