袁忠大，原印璞，吳沂錚，李世杰，馬皓彬，劉潤(rùn)發(fā)

（1.廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 飛機(jī)維修工程學(xué)院,廣州510403；2.廈門(mén)航空有限公司 福州分公司，福州 350011）

1 前言

2014年，中國(guó)某航空公司第一批全新波音737客機(jī)印錯(cuò)了座位標(biāo)識(shí)，雖然是個(gè)小錯(cuò)誤但卻會(huì)嚴(yán)重影響旅客的乘機(jī)體驗(yàn)。只能臨時(shí)購(gòu)買(mǎi)替代的部件但花費(fèi)不菲，且需要耗費(fèi)大量時(shí)間，會(huì)給公司造成很大經(jīng)濟(jì)損失。

因此工程師們開(kāi)始嘗試使用3D打印技術(shù)，新標(biāo)識(shí)在三天之內(nèi)就打印完畢，但所用材料是市面上普通的3D打印用塑料，無(wú)法滿足狹小密閉機(jī)艙對(duì)材料防火阻燃性能的要求[1,2]。

所以在材料滿足防火阻燃要求的基礎(chǔ)上，采用3D打印進(jìn)行飛機(jī)維修，它能幫助我們高效而有創(chuàng)意地解決我們遇到的難題。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在航空維修中，其零部件的制造加工要求非常多，如減輕重量、縮短研制周期、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、延長(zhǎng)使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)性等。3D打印技術(shù)在很短時(shí)間內(nèi)就能打印出所需零部件，既不需存儲(chǔ)大量零部件，也不需大規(guī)模的生產(chǎn)線，制造出來(lái)的零部件適合用于多品種、小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原材料價(jià)值量高的結(jié)構(gòu)制造。因此，3D打印技術(shù)用于航空維修，主要有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3,4]。

（1）解決航材庫(kù)存問(wèn)題

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，從產(chǎn)品全過(guò)程分析，3D打印技術(shù)使零部件只需保存電子文檔，不再需要制造出來(lái)存在倉(cāng)庫(kù)，不需要大量生產(chǎn)，大幅度降低航材庫(kù)存過(guò)量、不足的問(wèn)題。

（2）減輕重量、縮短研制周期

據(jù)統(tǒng)計(jì)，很多情況下3D打印技術(shù)只需要傳統(tǒng)制造法十分之一的材料。而且3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的零件更加精細(xì)輕盈，作為增材制造技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫焊接、鉚接等組裝工藝，減少螺栓連接件，較傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)，重量得到減輕。3D打印技術(shù)將復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)方案通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)快速加工生成實(shí)體產(chǎn)品，從而研制周期得到縮短。

（3）縮短供應(yīng)鏈

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在航空維修領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。在實(shí)施維修過(guò)程時(shí)，需要更換什么零部件，只需把它打印出來(lái)。按照需要制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件、確保交貨時(shí)間的同時(shí)，3D打印技術(shù)通過(guò)摒棄生產(chǎn)線，將縮短生產(chǎn)周期、縮短產(chǎn)品供應(yīng)鏈，從而大幅降低維修成本。

2.2 國(guó)內(nèi)外3D打印塑料在防火阻燃性能方面的不足

上述為3D打印技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但目前國(guó)內(nèi)外在飛機(jī)客艙塑料部件維修中，尚不能用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)[5-7]，原因在于市面上的3D打印材料無(wú)防火阻燃能力或效果較差，用此類(lèi)材料打印的零部件（如客艙逃生指示牌、旅客小桌板等），無(wú)法滿足民航法規(guī)FAR25.853和CCAR25.853部的相關(guān)要求。

2.3 研究發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著“中國(guó)制造2025”的持續(xù)推進(jìn)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)五至十年內(nèi)，各大航空公司將會(huì)成立增材制造實(shí)驗(yàn)室，增材制造實(shí)驗(yàn)室將轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)日益壯大的先進(jìn)的制造部門(mén)，促進(jìn)我國(guó)由民航大國(guó)向民航強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。作為一個(gè)與傳統(tǒng)制造的互補(bǔ)工藝，未來(lái)3D打印將被更多航空公司所接受。

航空公司想要成立增材制造實(shí)驗(yàn)室，關(guān)鍵一環(huán)在于能否研發(fā)出滿足FAR25.853和CCAR25.853部相關(guān)要求的3D打印防火阻燃材料。增材制造實(shí)驗(yàn)室可促成航空公司的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，從僅僅提交需求到部件設(shè)計(jì)再到生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)室可開(kāi)發(fā)很多客艙部件，例如座椅扶手、門(mén)把手蓋板、行李架鎖扣等。

此外，許多飛行員更愿意使用電子飛行包而不是到處找厚重的飛行手冊(cè)，故可設(shè)計(jì)并使用防火阻燃材料3D打印出電子飛行包支撐裝置。

可見(jiàn)，在材料滿足防火阻燃要求的基礎(chǔ)上，采用3D打印進(jìn)行飛機(jī)維修，它能幫助我們高效而有創(chuàng)意地解決飛機(jī)維修中的關(guān)鍵問(wèn)題，從而為航空公司創(chuàng)造不可估量的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 實(shí)施方案

3.1 制備陶瓷樹(shù)脂

（1）以陶瓷納米顆粒作為樹(shù)脂填料，將光固化樹(shù)脂聚氨酯丙烯酸酯與單體乙氧基乙基丙烯酸酯按照一定比例混合，并加入適宜種類(lèi)及數(shù)量防火劑?；旌虾蠹尤氚俜种宓墓庖l(fā)劑，混合均勻的樹(shù)脂體系，在真空烘箱靜置24小時(shí)得到防火阻燃陶瓷樹(shù)脂。

（2）采用不同配比并加入其他輔料，制作出六組防火阻燃陶瓷樹(shù)脂，用3D打印機(jī)分別加工出不同飛機(jī)客艙零部件。

（3）對(duì)上述六組試樣分別進(jìn)行垂直燃燒和氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試每組防火阻燃陶瓷樹(shù)脂的阻燃性能，測(cè)試其防火等級(jí)，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析，最后得出結(jié)論。

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

將上述制備完畢的樣品提交至有消防檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.3 拓展應(yīng)用

在上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)樣品擴(kuò)展至飛機(jī)客艙內(nèi)部部件，例如小桌板及逃生指示牌等，團(tuán)隊(duì)成員用3D軟件繪制的飛機(jī)客艙零部件如圖1-3所示。2022年04月，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)參加第十三屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽，在全省兩千多個(gè)項(xiàng)目中榮獲銅獎(jiǎng)。

圖1 飛機(jī)客艙旅客座位標(biāo)識(shí)牌

圖2 飛機(jī)客艙逃生指示牌

圖3 飛機(jī)客艙小桌板

4 結(jié)論

本研究的特色與創(chuàng)新之處：

（1）研究視角創(chuàng)新

3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有多年的發(fā)展，屢見(jiàn)不鮮，但所用的打印材料均不具備防火阻燃功能。在此情況下，研發(fā)具有防火阻燃功能的新材料，并將其運(yùn)用到飛機(jī)客艙維修中，體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)人員獨(dú)特的研究視角。

（2）研究針對(duì)性強(qiáng)

本項(xiàng)目通過(guò)針對(duì)性地調(diào)研航空公司客艙一線維修，發(fā)現(xiàn)其中存在的維修需求，然后研究具有防火阻燃功能的3D打印用陶瓷樹(shù)脂，并將其應(yīng)用于飛機(jī)客艙維修中，可針對(duì)性解決航空公司在飛機(jī)維修中遇到的困難，有效提高航空公司的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。