肖升利

摘 要：3D打印技術(shù)是一種非常先進(jìn)的技術(shù)，將這種技術(shù)應(yīng)用在航天制造領(lǐng)域中的時(shí)候，能夠有效降低成本，縮短制造的周期，另外，這種技術(shù)還能夠有效提升零部件性能，因此，值得在航天制造領(lǐng)域廣泛推廣。文章針對(duì)3D打印技術(shù)，先介紹了3D打印技術(shù)的分類(lèi)，接下來(lái)結(jié)合具體實(shí)例介紹了3D打印技術(shù)在航天制造中的應(yīng)用，希望文章中對(duì)于3D打印技術(shù)與航天制造之間關(guān)系的介紹能夠得到相關(guān)人員的借鑒。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 航天制造 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）02（a）-0013-02

3D打印技術(shù)又被稱(chēng)作增材制造技術(shù)，這種技術(shù)利用了先進(jìn)的材料以及信息網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)字模型為基礎(chǔ)進(jìn)行材料的逐層堆積，通過(guò)這種方式制造出實(shí)體的物品。3D打印的過(guò)程主要分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段指的是利用計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行3D模型的開(kāi)發(fā)，在此之后，可以依照3D模型，利用特定材料，進(jìn)行實(shí)體物品的打印。3D打印技術(shù)無(wú)需模具，生產(chǎn)方便，適合批量制造。目前3D打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有不小的發(fā)展，下面將具體介紹其在航天制造中的應(yīng)用。

1 3D打印技術(shù)分類(lèi)

3D打印技術(shù)分為3個(gè)方面的內(nèi)容，下面將就這3個(gè)方面進(jìn)行具體的說(shuō)明。

1.1 激光熔覆

3D打印技術(shù)中的激光熔覆技術(shù)通過(guò)大功率激光器的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬零件制造的目的，而激光熔覆技術(shù)進(jìn)行實(shí)體打印的原理在于利用大功率激光器以及同軸環(huán)形粉末噴嘴，保證激光的作用點(diǎn)和粉末的匯聚點(diǎn)之間能夠重合，在重合以后，可以進(jìn)行噴嘴的移動(dòng)，或者調(diào)整工作臺(tái)，這樣就可以得到致密的熔覆實(shí)體了[1]。然而這種技術(shù)的劣勢(shì)在于無(wú)法保證打印出的材料的精度，打印出材料后需要進(jìn)行進(jìn)一步的精加工，在此之后才能進(jìn)行使用。

1.2 選區(qū)激光燒結(jié)

選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)一般利用到了50W的激光器，其打印的原理在于先進(jìn)行有機(jī)粘接材料或者是低熔點(diǎn)金屬的包覆，接下來(lái)對(duì)選區(qū)進(jìn)行激光照射，照射后，粘接材料或者是低熔點(diǎn)的材料就會(huì)熔化，然而其包裹著的金屬粉末不會(huì)熔化，這樣就能形成三維實(shí)體[2]。利用這種技術(shù)制造出的材料密實(shí)度較差，若需要繼續(xù)使用，就要滲入金屬進(jìn)行空隙的填補(bǔ)或者是進(jìn)行高溫重熔。

1.3 選區(qū)激光熔化

選區(qū)激光熔化是在選區(qū)激光燒結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)而發(fā)展出來(lái)的一種技術(shù)，這種技術(shù)與選區(qū)激光燒結(jié)的不同之處在于它將包覆著的金屬粉末也熔化掉了。經(jīng)過(guò)這種技術(shù)打印出來(lái)的成品無(wú)需進(jìn)一步加工，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單拋光或表面處理就可以投入使用了[3]。而選區(qū)激光熔化又可以分為鋪粉式和送粉式，兩種方式的區(qū)分是依照不同的粉末傳輸方式來(lái)進(jìn)行劃分的。

2 3D打印技術(shù)在航天制造的應(yīng)用

2.1 零部件到整機(jī)型的應(yīng)用

3D打印技術(shù)因?yàn)槠渥陨聿牧现圃焐系木薮髢?yōu)勢(shì)而被國(guó)家重視，在軍事等領(lǐng)域都大力支持其發(fā)展。而在航天制造領(lǐng)域，它的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)充，除了進(jìn)行一些零部件的打印之外，它還能實(shí)現(xiàn)一些整體機(jī)型的打印，打印時(shí)間短、打印精度高、打印成本低，是非常值得投入使用的。

在零部件階段的應(yīng)用就有很多，例如：美國(guó)空軍第552空中控制聯(lián)隊(duì)就利用到了3D打印技術(shù)，選取了Fortus 400mc 3D打印機(jī)，利用該打印機(jī)進(jìn)行了飛機(jī)座椅扶手塑料覆蓋的打印，而打印出的成品目前已經(jīng)被用到了E-3預(yù)警機(jī)上，而在這種材料的制造上成本也大大降低了，由過(guò)去的8美元降到了目前的2.5美元；空客公司也是3D打印技術(shù)忠實(shí)的粉絲，距今，已經(jīng)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了1000多個(gè)飛機(jī)的零部件，并將這些零部件應(yīng)用到了實(shí)體的飛機(jī)生產(chǎn)上，利用3D打印在保證了生產(chǎn)的周期成本的同時(shí)，還保證了零部件的精度。

在整機(jī)型階段也有一些應(yīng)用，例如：美國(guó)太空探索技術(shù)公司利用3D打印技術(shù)制造出了一臺(tái)電動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，打印出的發(fā)動(dòng)機(jī)使得火箭發(fā)動(dòng)的成本更為低廉，能夠在經(jīng)濟(jì)的承受范圍內(nèi)[4]；另外，俄羅斯的Rostec公司也利用到了3D打印技術(shù)進(jìn)行了多用途兩棲無(wú)人機(jī)的打印，而這種打印生產(chǎn)周期短，且生產(chǎn)成本低。

在維修基地或裝備保障體系中增加3D打印技術(shù)部署，例如：韓國(guó)空軍就使用3D打印技術(shù)制造出了F-15K戰(zhàn)斗機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪機(jī)蓋板，這一項(xiàng)技術(shù)對(duì)于成本的降低是巨大的，從4000萬(wàn)韓元減少到300萬(wàn)韓元，采購(gòu)以及制造的時(shí)間從原先的60多天變?yōu)?0天作用，3D打印技術(shù)，在歐洲的運(yùn)輸機(jī)揚(yáng)聲器罩的制造方面也有較大貢獻(xiàn)，生產(chǎn)時(shí)間從之前的6個(gè)月大幅降低到4～6h，生產(chǎn)成本也有單價(jià)600美元降低到35美元。另一方面，可以打印出已經(jīng)停產(chǎn)的舊部件，提高自身的軍事維護(hù)能力。

在空間站應(yīng)用3D打印技術(shù)已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，將所需要的原材料，通過(guò)運(yùn)輸?shù)姆绞剿偷絿?guó)際空間站按需打印。美國(guó)太空制造公司已經(jīng)研制出在真空條件下運(yùn)作的3D打印機(jī)，并于2014年8月將其運(yùn)送至國(guó)際空間站，除了將3D測(cè)試件進(jìn)行打印之外，還打印了功能性的結(jié)構(gòu)件。

2.2 3D打印趨于前端部署

在未來(lái)，隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，3D打印也越來(lái)越趨向于前端部署，這種趨勢(shì)是非常必然的。而這種趨勢(shì)一旦形成，將會(huì)對(duì)目前的裝配維修等體系產(chǎn)生巨大的沖擊力度。

首先，如果在裝備保障體系或者是維修基地中進(jìn)行3D打印技術(shù)的戰(zhàn)略部署對(duì)目前國(guó)防上的意義是非常巨大的，能夠大大減少國(guó)防上的開(kāi)支，減少對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴。例如：韓國(guó)空軍將3D打印技術(shù)應(yīng)用到了材料制造上，制造出了F-15K戰(zhàn)斗機(jī)可用的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪機(jī)蓋板，大大減少了這種材料的生產(chǎn)成本，由4000萬(wàn)韓元減少到了300萬(wàn)韓元，而在生產(chǎn)周期的縮短上，意義也是非常重大的[5]。

其次，如果在空間站進(jìn)行3D打印技術(shù)的部署能夠?qū)崿F(xiàn)太空的按需制造。例如：美國(guó)的太空制造公司經(jīng)過(guò)不懈努力研發(fā)出來(lái)一種可用于太空真空環(huán)境中的3D打印機(jī)，而利用這種打印機(jī)，宇航員打印出了一些測(cè)試見(jiàn)和功能結(jié)構(gòu)件[6]。然而，目前3D打印技術(shù)在空間站部署上進(jìn)行應(yīng)用時(shí)還存在著諸多挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)體現(xiàn)在如何對(duì)打印時(shí)的溫度進(jìn)行控制以及保證打印出的物品的壽命之上。

最后，如果在戰(zhàn)場(chǎng)前沿進(jìn)行3D打印技術(shù)的部署能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)上的零部件打印，這樣一來(lái)，相應(yīng)的打印將更為精確。例如：美國(guó)國(guó)防后勤局就在進(jìn)行3D打印技術(shù)的咨詢，希望通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)起到減少庫(kù)存、戰(zhàn)略品精確使用的目的。而美國(guó)海軍已經(jīng)利用到了3D打印技術(shù)進(jìn)行了軍艦上的打印，這樣一來(lái)可以實(shí)現(xiàn)艦上打印各種飛機(jī)零部件，并實(shí)現(xiàn)一系列組裝，最終得到實(shí)體。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們可以看出，3D打印技術(shù)因其打印精準(zhǔn)、快速而有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，而對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)可以將其分為激光熔覆、選區(qū)激光燒結(jié)以及選區(qū)激光熔化，當(dāng)這種技術(shù)應(yīng)用到航天制造的領(lǐng)域中時(shí)，不管是零部件打印還是整機(jī)型的打印都非常方便快捷，且打印的質(zhì)量很高，而在未來(lái)，3D打印技術(shù)將越來(lái)越趨向于前端部署，在航天制造領(lǐng)域的發(fā)展將不可限量。

參考文獻(xiàn)

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[5] 譚立忠，方芳.3D打印技術(shù)及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2016（4）：1-7.

[6] 楊佳文.3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國(guó)際太空， 2015（9）：50-55.