司瑞，陳勇

1.中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司 北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心，北京 102211

2.中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200436

增材制造是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，體現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的深度結(jié)合，深刻影響著傳統(tǒng)工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式和產(chǎn)業(yè)鏈組合，是高端制造業(yè)的重要組成部分，已成為世界各國(guó)積極布局的未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新增長(zhǎng)點(diǎn)。近年來，中國(guó)高度重視增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將其作為“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的發(fā)展重點(diǎn)。增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步階段向高速成長(zhǎng)階段邁進(jìn)，研究增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及存在的問題，把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，對(duì)推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展意義重大［1］。

隨著民用飛機(jī)的大型化發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，承受的載荷也越來越大，同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的要求也不斷提高。在保證安全性的前提下，如何減輕結(jié)構(gòu)重量一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)人員關(guān)鍵的研究目標(biāo)。增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜精密零件的近凈成形，與優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，為民用航空工業(yè)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化、快速設(shè)計(jì)驗(yàn)證、小批量零部件快速制造及快速客戶響應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用帶來了一種全新思路，是一種具有革命性意義的新興技術(shù)。面向未來開展增材制造技術(shù)應(yīng)用研究，對(duì)推進(jìn)增材制造件在民航現(xiàn)有型號(hào)的批量裝機(jī)應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)降本增效、支持未來民用飛機(jī)設(shè)計(jì)變革都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 增材制造技術(shù)現(xiàn)代發(fā)展歷程

隨著材料、工藝和裝備的日趨成熟，高端制造業(yè)應(yīng)用需求逐漸加大，新型增材制造的工藝、材料被不斷提出，主流技術(shù)有激光選區(qū)燒結(jié)、熔融沉積制造、疊層實(shí)體制造、激光選區(qū)熔化、電子束選區(qū)熔化等。2003—2015 年，激光選區(qū)熔化、電子束選區(qū)熔化、激光近凈成形等技術(shù)與裝備相繼出現(xiàn)，其適用的原材料及結(jié)合機(jī)制如表1 所示。增材制造的應(yīng)用范圍進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到了規(guī)?；瘧?yīng)用。增材制造在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用集中在鈦合金、鋁合金、超高強(qiáng)度鋼、高溫合金及非金屬等材料的零部件制造方面，采用的工藝主要為粉末床熔融（PBF）、定向能量沉積（DED）、材料擠出（FDM）。

表1 不同增材制造工藝的原材料和結(jié)合機(jī)制Table 1 Raw materials and bonding mechanisms for different additive manufacturing processes

中國(guó)關(guān)于增材制造技術(shù)的研究始于1991 年，在中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部等部委的指導(dǎo)支持下，西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京隆源公司等在成形設(shè)備、制造工藝等方面的研究和工程化應(yīng)用取得了突破性成果。隨著技術(shù)不斷發(fā)展和推廣，中國(guó)越來越多的高校和科研機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究，西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、上海聯(lián)泰科技公司等單位在增材制造設(shè)備及配套軟件研發(fā)、材料研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面都做出了很多探索性研究和應(yīng)用工作，取得重大進(jìn)展。

進(jìn)入21 世紀(jì)，中國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，縮小甚至某些程度上超越了國(guó)外產(chǎn)品水平，填補(bǔ)了增材制造領(lǐng)域眾多方向的技術(shù)空白，不僅徹底擺脫了早期依賴國(guó)外進(jìn)口的局面，現(xiàn)今國(guó)產(chǎn)增材制造裝備已經(jīng)暢銷全球四十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。然而中國(guó)在增材制造裝備關(guān)鍵器件（如激光器振鏡系統(tǒng)）、高性能成形材料（如超高溫鎳基合金粉材）、成形過程的智能化控制、增材制造全流程的仿真模擬及產(chǎn)品應(yīng)用范圍等方面依舊落后于國(guó)外先進(jìn)水平，在高性能終端零部件的直接制造和“形性控制”方面仍有非常大的提升空間［2］。由于部分裝備的核心元器件對(duì)國(guó)外進(jìn)口的依賴，成形過程的質(zhì)量在線監(jiān)控和缺陷智能診斷技術(shù)也不夠成熟完善。

增材制造工藝方面，相對(duì)國(guó)外“基于理論基礎(chǔ)的工藝控制”，中國(guó)更多是依靠經(jīng)驗(yàn)、重復(fù)循環(huán)的試驗(yàn)驗(yàn)證，以至于中國(guó)增材制造工藝在關(guān)鍵技術(shù)上整體落后于國(guó)外先進(jìn)水平。材料的基礎(chǔ)研究、制備工藝和產(chǎn)業(yè)化等方面較國(guó)外也存在相當(dāng)大的差距。技術(shù)應(yīng)用方面，國(guó)外增材制造技術(shù)在高端制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用率已達(dá)12%之多，而中國(guó)相對(duì)偏低，與規(guī)?；l(fā)展還存在技術(shù)上諸多瓶頸。上述問題也成為中國(guó)增材制造技術(shù)在民用飛機(jī)應(yīng)用和創(chuàng)新發(fā)展道路上亟待突破的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

2 增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用現(xiàn)狀

增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)減材、等材制造工藝相比具有設(shè)計(jì)自由度高、制造周期短、材料利用率高、一體化成形等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)增材制造零件也呈現(xiàn)出良好的綜合力學(xué)性能，目前增材制造技術(shù)在航空制造及維修領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 增材制造技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1.1 設(shè)計(jì)自由度高，實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)制造

增材制造技術(shù)能夠成形傳統(tǒng)制造方法無法加工或難以加工的具有非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征的零件，使設(shè)計(jì)可突破傳統(tǒng)制造的限制和約束，獲得更大的自由度［3］。設(shè)計(jì)師可從功能需求的角度出發(fā)設(shè)計(jì)零件，采用仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、胞元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化［4］，使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出更合理化的分布，通過增材制造工藝實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)制造。航空零件輕量化能減少飛行器燃料消耗，改善續(xù)航能力和機(jī)動(dòng)性，提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

2.1.2 制造周期短，材料利用率高

增材制造技術(shù)可直接實(shí)現(xiàn)從零件數(shù)字模型到復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的近凈成形，無需鑄錠冶金、鍛坯制備和鍛造模具制造，可縮短航空零件制造流程和周期，與傳統(tǒng)減材制造相比加工量大大減少，提高了材料利用率。

2.1.3 非平衡凝固組織，可實(shí)現(xiàn)良好的綜合力學(xué)性能

增材制造以金屬粉末或絲材為原料，通過高能熱源原位冶金熔化和快速凝固逐層堆積，可得到晶粒細(xì)小、成分均勻、組織致密的快速凝固非平衡組織，具有良好的綜合力學(xué)性能［5］，與航空零件高性能要求相匹配。

2.1.4 結(jié)構(gòu)功能一體化成形，提高可靠性

基于航空高性能、高可靠性要求，越來越多的零件采用整體結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)師可重新設(shè)計(jì)零件，充分發(fā)揮增材制造優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化成形［6］，同時(shí)減少緊固件安裝、裝配及焊接等工序，提高可靠性、縮短生產(chǎn)周期。

2.1.5 實(shí)現(xiàn)零件快速研制，加快設(shè)計(jì)迭代

新研機(jī)型在初始設(shè)計(jì)階段需進(jìn)行多輪優(yōu)化迭代，采用傳統(tǒng)鍛造與機(jī)械加工的制造方式制造周期長(zhǎng)且需要花費(fèi)高昂的模具費(fèi)用。增材制造技術(shù)無需投產(chǎn)工裝模具，能實(shí)現(xiàn)零件的快速響應(yīng)制造，可滿足航空零件快速研制需求，加快設(shè)計(jì)迭代進(jìn)程［7］。

2.1.6 維修維護(hù)及航材支援

航空高附加值零件在加工時(shí)可能因銑刀掉刀等原因造成加工缺陷，在服役過程中也會(huì)受到磨損和腐蝕等損傷。隨著航空零件不斷向大型化、整體化發(fā)展，如零件在加工和服役過程中受到損傷導(dǎo)致零件報(bào)廢，更換受損零件將投入大量成本。采用增材制造技術(shù)結(jié)合逆向建?？蓪?duì)受損零件進(jìn)行修復(fù)，快速恢復(fù)其尺寸與性能；增材制造技術(shù)也可快速生產(chǎn)航材備件，不但可減少運(yùn)輸周轉(zhuǎn)時(shí)間、快速恢復(fù)運(yùn)行，還能有效降低備件的庫(kù)存量，從而節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)成本［8-9］。

2.2 航空增材制造技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

增材制造技術(shù)因具有制造周期短、材料利用率高、可成形復(fù)雜輕量化一體化結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外航空航天領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展。

增材制造技術(shù)在軍用飛機(jī)領(lǐng)域已獲得多個(gè)型號(hào)的裝機(jī)應(yīng)用。2000 年，美國(guó)AeroMet 公司采用激光定向能量沉積技術(shù)制造的鈦合金零件在F-22 和F/A-l8E/F 飛機(jī)上獲得應(yīng)用。2001 年以來，美國(guó)Sciaky 公司聯(lián)合Lockheed Martin 和Boeing 公司開展了大型航空鈦合金零件的電子束熔絲沉積（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF3）研究。2013 年，美國(guó)Sciaky 公司采用EBF3技術(shù)及與鍛件結(jié)合的組合制造技術(shù)為L(zhǎng)ockheed Martin 公司制造了垂尾、襟翼副梁等零件，如圖1［10］所示，成本降低30%以上，F(xiàn)-35 飛機(jī)裝配Sciaky 生產(chǎn)的EBF3鈦合金零件并試飛成功。北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)突破了飛機(jī)鈦合金大型主承力構(gòu)件激光熔化沉積增材制造的關(guān)鍵工藝技術(shù)，如圖2［11］所示，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜飛機(jī)鈦合金加強(qiáng)框及超高強(qiáng)度鋼起落架等主承力關(guān)鍵構(gòu)件的裝機(jī)應(yīng)用［11］。中國(guó)航空制造技術(shù)研究院對(duì)EBF3技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并于2012年將采用EBF3技術(shù)制造的鈦合金結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用，如圖3［10］所示。

圖1 Sciaky 制造的EBF3鈦合金零件［10］Fig.1 Titanium alloy part manufactured via EBF3 by Sciaky［10］

圖2 北京航空航天大學(xué)增材制造大型關(guān)鍵主承力構(gòu)件［11］Fig.2 Additive manufacturing of large-scale key main load-bearing component by Beihang University［11］

圖3 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院制造的典型結(jié)構(gòu)鈦合金零件［10］Fig.3 Titanium alloy part with typical structures manufactured by AVIC Manufacturing Technology Institute［10］

由于民用飛機(jī)適航審定的嚴(yán)格要求，增材制造在民機(jī)領(lǐng)域上應(yīng)用相較于軍機(jī)領(lǐng)域面臨更大的挑戰(zhàn)。目前增材制造技術(shù)在民機(jī)領(lǐng)域的主要應(yīng)用集中在發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)體結(jié)構(gòu)。

2015 年，GE 公司采用激光選區(qū)熔化技術(shù)制造高壓壓氣機(jī)T25 溫度傳感器外殼并通過適航審定，成為首個(gè)通過FAA 認(rèn)證的增材制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件（如圖4（a）［12］所示），應(yīng)用于GE90-40B 發(fā)動(dòng)機(jī)。2016 年，GE 公司生產(chǎn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴（如圖4（b）［12］所示）并通過FAA 認(rèn)證，應(yīng)用于Leap X 航空發(fā)動(dòng)機(jī)，將原來20 余個(gè)零件一體化成形，使發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴的設(shè)計(jì)制造理念發(fā)展變革，極大縮短零件生產(chǎn)周期，生產(chǎn)成本降低了50%，同時(shí)耐用性提高5 倍。GE 公司制造了發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)開門系統(tǒng)（PDOS）支 架（如 圖4（c）［13］所示），與傳統(tǒng)減材制造方法相比材料利用率提高90%，零件減重10%，該零件于2018 年通過FAA認(rèn)證，應(yīng)用在GEnx-2B 發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖4 GE 公司增材制造零件Fig.4 Additive manufacturing parts by GE

2013 年，空客與Stratasys 合作開發(fā)了聚合物增材制造零件，在每架A350 XWB 中使用超過500 件，包括機(jī)載系統(tǒng)的導(dǎo)管、線箍、封罩等多種結(jié)構(gòu)。2015 年，Airbus 公司通過激光選區(qū)熔化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用于A320 客艙和廚房之間隔板零件的仿生設(shè)計(jì)與制造，如圖5［14］所示，使用的材料是APWORKS 開發(fā)的Scalmalloy 新型高強(qiáng)鋁合金，零件減重45%［14］。2017 年，空客A350 XWB 安裝了激光選區(qū)熔化技術(shù)制造的Ti6Al4V 鈦合金拓?fù)鋬?yōu)化飛機(jī)連接架，如圖6［14］所示，相比于傳統(tǒng)加工方式減重約30%，這是鈦合金增材制造第一次在民機(jī)型號(hào)上實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用。2022 年，Premium Aerotec 公司通過激光選區(qū)熔化技術(shù)為空客A320 飛機(jī)制造了鈦合金制動(dòng)管，與傳統(tǒng)工藝相比零件減重50%以上。2022 年，漢莎航空技術(shù)公司與Premium Aerotec 公司合作完成了用于IAE-V2500 發(fā)動(dòng)機(jī)防結(jié)冰系統(tǒng)的“A-Link”鈦合金激光選區(qū)熔化增材制造零件，并獲得歐洲航空安全局（EASA）認(rèn)證［15］，這是增材制造承重備件首次獲得EASA 認(rèn)證，如圖7［15］所示?！癆-Link”零件在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口罩內(nèi)連接形成環(huán)形熱空氣管道，防止在飛行過程中結(jié)冰，運(yùn)行過程中發(fā)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致組件在其安裝孔處磨損，可根據(jù)需要進(jìn)行更換。

圖5 空客A320 仿生機(jī)艙隔板［14］Fig.5 Airbus A320 bionic cabin partition［14］

圖6 空客A350 XWB 鈦合金連接架［14］Fig.6 Airbus A350 XWB titanium alloy cabin bracket［14］

圖7 名為“A-Link”的鈦合金零件［15］Fig.7 A titanium alloy components “A-Links”［15］

2017 年，波音通過Norsk Titanium 的快速等離子定向能量沉積（Rapid Plasma Deposition，RPD）技術(shù)制造了鈦合金結(jié)構(gòu)件廚房支架獲得FAA 的適航認(rèn)證，應(yīng)用于波音787 飛機(jī)，如圖8［16］所示。

圖8 波音787 飛機(jī)廚房支架零件［16］Fig.8 Boeing 787 aircraft alley bracket parts［16］

中國(guó)商飛公司不斷推進(jìn)增材制造打印技術(shù)在民用飛機(jī)型號(hào)上的應(yīng)用［16］，目前已初步探索出民機(jī)增材制造適航認(rèn)證思路，并聯(lián)合上海適航審定中心、飛而康等單位實(shí)現(xiàn)了鈦合金激光選區(qū)熔化零件在民機(jī)上的裝機(jī)應(yīng)用［17］。

3 增材制造在民機(jī)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

3.1 材料和工藝

3.1.1 材料選擇有限

在金屬增材制造發(fā)展初期，主要是采用現(xiàn)有的鑄造合金、變形合金和粉末冶金中的傳統(tǒng)合金材料，研究這些合金對(duì)增材制造工藝的適應(yīng)性［18-19］。然而這些合金和增材制造工藝的適用性并非最佳，因此近年來發(fā)展增材制造專用合金的研究成為增材制造金屬材料發(fā)展的熱點(diǎn)［20-21］。

3.1.2 制造效率低

相對(duì)于傳統(tǒng)制造工藝，金屬增材制造的速度相對(duì)較慢，尤其是在制造大型零件時(shí)更為凸顯。這不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率，也會(huì)限制金屬增材制造在批量生產(chǎn)中的應(yīng)用［22］。

3.1.3 零件性能不穩(wěn)定

影響金屬增材制造零件性能的因素主要包括以下4 個(gè)方面：殘余應(yīng)力、表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷、微觀組織。如材料不均勻性和各向異性明顯，導(dǎo)致試片級(jí)材料性能無法代表零件性能；存在沿特定平面的亞表面和體積缺陷；零件具有明顯的表面粗糙度；殘余應(yīng)力大、空間分布復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致零件變形；材料性能和缺陷數(shù)量的分散性較大等。上述幾點(diǎn)受工藝參數(shù)的影響較大，并會(huì)在不同尺度上影響零件性能，如圖9 所示。

圖9 金屬增材制造材料和工藝的挑戰(zhàn)Fig.9 Challenges in metal additive manufacturing materials and processes

3.2 質(zhì)量控制

為達(dá)成增材制造在民機(jī)上的應(yīng)用，首先應(yīng)獲得致密無缺陷的零部件，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。但原材料、打印設(shè)備和工藝參數(shù)等因素不穩(wěn)定，一定程度上會(huì)導(dǎo)致增材制造零件產(chǎn)品質(zhì)量和力學(xué)性能的分散性［5］。相比鑄件、鍛件，增材制造零件往往具有形狀復(fù)雜、缺陷特殊、成形態(tài)表面粗糙、材質(zhì)不均勻和各向異性明顯等特點(diǎn)，這使增材制造零件的質(zhì)量控制面臨挑戰(zhàn)［23-24］。

3.2.1 缺陷形式特殊多樣

由于增材制造成形過程中涉及能量源與原材料之間復(fù)雜的交互作用和熔池金屬冶金行為，成形后制件中存在的冶金缺陷、翹曲變形等產(chǎn)品質(zhì)量問題會(huì)損害零部件的使用性能［5，23］。不同于傳統(tǒng)鑄件、鍛件的缺陷形式，金屬增材制件中存在的冶金缺陷具有全域分布、形態(tài)多樣、尺寸跨度大且形成機(jī)制復(fù)雜等特點(diǎn)［25］。缺陷包括卷入性或析出性孔隙、熔覆層間的未熔合、夾雜物、微裂紋及殘留的金屬粉末顆粒等。如圖10［26-27］所示，有些缺陷為與工藝相關(guān)的固有缺陷，如激光選區(qū)熔化制件往往存在廣布的微小孔隙［26］；有些缺陷具有明顯的取向性和層狀分布特征，如沿熔覆層或熔覆道分布的鏈狀孔隙或?qū)訝钗慈酆希?7］。

圖10 金屬增材制造典型缺陷Fig.10 Typical defects in metal additive manufacturing

3.2.2 零件無損檢測(cè)

采用無損檢測(cè)方法對(duì)增材制造零件質(zhì)量特性進(jìn)行觀察、測(cè)量和試驗(yàn)，評(píng)估其是否符合規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而經(jīng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的增材制造零件往往結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜且一體化制造完成，常規(guī)的滲透、射線和超聲等檢測(cè)方法在可達(dá)性、可檢性及缺陷評(píng)定準(zhǔn)確性上面臨挑戰(zhàn)。美國(guó)GE 公司［28］為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)增材制件的內(nèi)部幾何特征和缺陷可視化難題，應(yīng)用工業(yè)CT 對(duì)燃油噴嘴、葉片和支架等增材制造零件及粉末原材料進(jìn)行檢測(cè)。Dutton［29］為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)增材制件缺陷檢測(cè)可達(dá)性較差的問題，驗(yàn)證了通過過程補(bǔ)償共振檢測(cè)等方法進(jìn)行增材制造零件整體質(zhì)量檢測(cè)的可行性。楊平華等［30］研究了鈦合金增材制件不同成形方向的超聲波聲速、衰減及檢測(cè)靈敏度對(duì)缺陷評(píng)定準(zhǔn)確性的不利影響。周炳如等［31］研究了15 mm 厚鈦合金增材制造缺陷的射線檢測(cè)，表明射線能檢出直徑為0.4 mm 的孔洞缺陷，但較難獲取缺陷高度方向尺寸，對(duì)細(xì)小缺陷的檢出和相鄰缺陷的辨別較困難。李文濤等［32］分析認(rèn)為線陣或矩陣超聲換能器對(duì)大厚度鈦合金增材制件的在檢測(cè)精度和最大檢測(cè)深度常難以滿足要求，環(huán)陣超聲全聚焦成像能更準(zhǔn)確表征不同深度的缺陷，但該方法在檢測(cè)薄壁構(gòu)件和近表面缺陷時(shí)仍需優(yōu)化。通常滲透法適用于非多孔性增材制件的表面缺陷檢測(cè)，但要考慮成形態(tài)制件表面粗糙度的影響；射線法和超聲法適用于增材制件內(nèi)部缺陷檢測(cè)，但要考慮受檢工件幾何復(fù)雜性及材質(zhì)影響；工業(yè)CT 方法適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)增材制件的內(nèi)部幾何測(cè)量和缺陷檢測(cè)，但成本較高且效率較低。此外增材制造零件質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)缺失，特別是質(zhì)量驗(yàn)收準(zhǔn)則、質(zhì)量分級(jí)檢驗(yàn)指標(biāo)不完善［33］，也是掣肘增材制造在民機(jī)應(yīng)用的重要挑戰(zhàn)之一。

3.2.3 打印過程監(jiān)測(cè)不成熟

采用光學(xué)成像、熱成像及聲學(xué)等方法對(duì)熔池狀態(tài)、缺陷產(chǎn)生和材料組織變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［34］，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常及調(diào)控工藝參數(shù)，提高增材制造零件成形質(zhì)量。近年來，各國(guó)學(xué)者均在不斷發(fā)展打印過程在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。Zenzinger 等［35］采用光學(xué)層析成像在線監(jiān)測(cè)增材制造成形過程，可識(shí)別尺寸為0.2 mm 的孔隙缺陷，能清晰顯示未熔合缺陷的位置和尺寸。Everton 等［36］采用高速光學(xué)相機(jī)和紅外熱像儀在線檢測(cè)成形過程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池狀態(tài)的材料不連續(xù)性監(jiān)測(cè)。白雪等［37］研究了激光超聲多冶金特征同步在線檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)0.5 mm 孔洞及裂紋缺陷可視化成像。曹龍超等［34］討論了光、聲、熱和振動(dòng)信號(hào)多種傳感手段監(jiān)測(cè)激光選區(qū)熔化成形過程，建立了監(jiān)測(cè)信號(hào)-缺陷特征-工藝參數(shù)的定量關(guān)系。通常光學(xué)成像用于識(shí)別熔覆層成形表面異?；蚍勰╀佌谷毕荩^難識(shí)別熔覆層下方的冶金缺陷；熱成像用于監(jiān)測(cè)熔池溫度、形態(tài)和尺寸等，預(yù)測(cè)和識(shí)別潛在缺陷特征；聲學(xué)方法依靠聲波的傳播并監(jiān)測(cè)可能發(fā)生的變化預(yù)測(cè)缺陷存在?；趩我粋鞲性诰€監(jiān)測(cè)較難獲得打印過程的全面信息，通過多源傳感對(duì)不同目標(biāo)參量的監(jiān)測(cè)及信息融合能彌補(bǔ)單一傳感信息量不足的問題，但現(xiàn)有增材制造打印過程監(jiān)測(cè)技術(shù)在可檢缺陷類型、檢測(cè)精度和效率、實(shí)時(shí)性等方面離實(shí)際應(yīng)用仍有較大差距。

針對(duì)增材制造零件質(zhì)量控制，滲透、超聲、射線及工業(yè)CT 等無損檢測(cè)方法可用于對(duì)成形后制件的缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)，以鑒別并剔除不合格品；光學(xué)成像、熱成像及聲學(xué)等在線監(jiān)測(cè)方法可用于打印過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷或異常，以反饋調(diào)控提升零部件成形質(zhì)量。結(jié)合民機(jī)結(jié)構(gòu)件幾何構(gòu)型、材料與成形工藝特點(diǎn)，先期開展增材制造成形工藝仿真，打印過程中進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并與成形后零部件無損檢測(cè)相互驗(yàn)證，是進(jìn)行增材制造零件產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效途徑。

3.3 民機(jī)增材應(yīng)用適航要求

適航性（Airworthiness）是用來描述民用航空器“適于（在空中）飛行”品質(zhì)屬性的專用詞。民用航空器的適航性指航空器（包括其部件和子系統(tǒng)的整體性能和操縱特性）在預(yù)期的服役使用環(huán)境中和使用限制下，飛行的安全性和物理完整性的一種品質(zhì)。適航性是確保公眾利益的需要，也是航空工業(yè)發(fā)展的需要。適航標(biāo)準(zhǔn)是保證民用航空器適航性的最低安全標(biāo)準(zhǔn)。民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造必須符合相關(guān)型號(hào)采用的適航標(biāo)準(zhǔn)（適航審定基礎(chǔ)）中每一條款的要求。通過適航審查并獲得適航當(dāng)局頒發(fā)的型號(hào)合格證是許可民用飛機(jī)設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)的前提之一。

中國(guó)大型民機(jī)的研制需符合適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR 第25 部［38］的要求，對(duì)于增材制造這類新材料新工藝的應(yīng)用，中國(guó)民航局審定機(jī)構(gòu)（簡(jiǎn)稱“局方”）重點(diǎn)關(guān)注如下3 個(gè)條款：

1）“材料”—CCAR 25.603 條款

已經(jīng)制定了針對(duì)增材制造技術(shù)的專用材料規(guī)范。這些規(guī)范是建立在經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試基礎(chǔ)上的。材料的適用性和耐久性應(yīng)已充分考慮服役中預(yù)期的環(huán)境條件。

2）“制造方法”—CCAR 25.605 條款

所用制造工藝根據(jù)批準(zhǔn)的工藝規(guī)范進(jìn)行鑒定。通過鑒定測(cè)試程序和這些規(guī)范中定義的檢查程序確保所有生產(chǎn)零部件過程控制的一致性。

3）“材料設(shè)計(jì)值”—CCAR 25.613 條款

材料的強(qiáng)度性能必須以足夠的材料試驗(yàn)為依據(jù)（材料應(yīng)符合經(jīng)批準(zhǔn)的材料規(guī)范要求），在試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上制定設(shè)計(jì)值?？紤]到數(shù)據(jù)是從不同設(shè)備、粉末和材料方向獲得，設(shè)計(jì)值需根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理得出。經(jīng)批準(zhǔn)的材料設(shè)計(jì)值可用于增材制造零部件靜力、疲勞和損傷容限的評(píng)估。同時(shí)還需與采用傳統(tǒng)工藝的相同材料數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

除上述3 個(gè)基礎(chǔ)條款，根據(jù)零件的應(yīng)用位置和特點(diǎn)，還需對(duì)零件進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)、結(jié)構(gòu)/功能驗(yàn)證。飛機(jī)零件適航認(rèn)證的要求與零件的關(guān)鍵（重要）程度有關(guān)，零件的關(guān)鍵程度可基于零件失效后果的級(jí)別確定。零件失效后果級(jí)別分為：

1）輕度

失效不會(huì)顯著損害飛機(jī)安全或影響機(jī)組人員的工作。輕微的故障情況可能包括飛機(jī)安全裕度或功能的輕微降低、機(jī)組工作量的輕微增加、常規(guī)飛行計(jì)劃的改變或?qū)Τ丝偷囊恍┎槐愕取Ｖ饕婕皟?nèi)飾件。

2）嚴(yán)重

失效可能對(duì)安全產(chǎn)生不利影響。如飛機(jī)安全裕度或功能顯著降低、機(jī)組人員工作量顯著增加同時(shí)效率降低或乘客感到不適。在更嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組人員無法準(zhǔn)確執(zhí)行飛行任務(wù)，對(duì)乘客造成不利影響。主要涉及功能件和次承力結(jié)構(gòu)件。

3）災(zāi)難性

一旦失效就無法繼續(xù)安全飛行和著陸。主要為飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)件，包括所有易受疲勞裂紋影響的結(jié)構(gòu)。

將全新的材料和工藝應(yīng)用于民機(jī)，對(duì)適航審定而言必將是一個(gè)漫長(zhǎng)而謹(jǐn)慎的過程。增材制造技術(shù)在民機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的早期，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)主制造商都采取了非常謹(jǐn)慎的態(tài)度，優(yōu)先選擇關(guān)鍵程度低和設(shè)計(jì)余量較大的零部件，如裝飾件和功能件，這樣可顯著降低增材制造技術(shù)最初應(yīng)用時(shí)發(fā)生故障、影響飛機(jī)安全性的可能性。隨著增材制造技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，減少零件數(shù)量、減輕零部件重量、縮短制造周期等優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，主制造商會(huì)逐步提高增材制造零件的復(fù)雜程度和關(guān)鍵性。

3.4 經(jīng)濟(jì)性要求

民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性要求是驅(qū)動(dòng)增材制造技術(shù)應(yīng)用的重要原因之一。航空制造領(lǐng)域采用增材制造技術(shù)主要是為了降低飛機(jī)零部件的研制生產(chǎn)成本、提升運(yùn)營(yíng)效益。飛機(jī)的輕量化要求也是推動(dòng)增材制造應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力之一，這是因?yàn)闄C(jī)體結(jié)構(gòu)的減重等于商載和運(yùn)營(yíng)效益的增加。此外增材制造還可用于零部件快速修復(fù)及快速航材支援，以延長(zhǎng)航空裝備的使用壽命、降低備件庫(kù)存成本，進(jìn)而帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

開展增材制造零件的成本梳理及要素分析，可從設(shè)備、材料、工時(shí)、能耗、勞動(dòng)力與管理成本等方面考慮。如激光選區(qū)熔化金屬構(gòu)件總體積相比于成形室的尺寸在一定程度上決定了單個(gè)零件的成形時(shí)間和制造成本。在研制階段，可利用增材制造適用于小批量、多品種、復(fù)雜零件快速制造的優(yōu)勢(shì)，增材制造相比于鑄造和鍛造方法可降低模具成本，同時(shí)為縮短制造周期和精益生產(chǎn)提供有效途徑。在生產(chǎn)階段，基于批產(chǎn)條件下的典型零件分析材料成本、設(shè)備和人工成本、后處理成本等要素，對(duì)比分析采用增材制造與傳統(tǒng)工藝的成本差異可得出相應(yīng)的制造成本核算依據(jù)。同時(shí)設(shè)備穩(wěn)定性也是成本分析應(yīng)考慮的重要因素，這是因?yàn)榇蛴〔僮?、工藝參?shù)、零件擺放等原因?qū)е鲁尚问?huì)造成大量的成本和時(shí)間浪費(fèi)?，F(xiàn)階段從單個(gè)零件成本看，增材制造相比于傳統(tǒng)鑄造、鍛造仍有差距，如何從降低材料成本、縮短生產(chǎn)周期、減輕結(jié)構(gòu)重量及全生命周期提升運(yùn)營(yíng)效益等方面考慮增材制造在民機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性也是重要挑戰(zhàn)之一。

3.5 民機(jī)維修應(yīng)用

航空零部件往往具有高附加值，誤加工零件和服役失效零件如果直接報(bào)廢將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，增材制造技術(shù)可對(duì)受損零件進(jìn)行外觀及性能的恢復(fù)，在民機(jī)維修領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前在航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的增材制造修復(fù)技術(shù)是激光熔化沉積修復(fù)，該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)在框梁結(jié)構(gòu)、接頭、起落架及發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉盤等修復(fù)上的應(yīng)用。北京航空材料研究院采用激光熔化沉積修復(fù)技術(shù)對(duì)飛機(jī)的超高強(qiáng)度鋼起落架、不銹鋼軸頸、鈦合金襟翼滑軌等承力構(gòu)件開展修復(fù)研究工作，其中伊爾76 飛機(jī)修復(fù)超高強(qiáng)度鋼起落架已獲批量應(yīng)用。

增材維修過程與增材制造過程相比更為復(fù)雜，維修過程包括對(duì)受損零件進(jìn)行逆向建模、制定個(gè)性化修復(fù)方案，利用增材技術(shù)對(duì)受損區(qū)域進(jìn)行修復(fù)及加工去除余料恢復(fù)外觀尺寸。增材修復(fù)還需考慮對(duì)修復(fù)零件基體的熱損傷、修復(fù)區(qū)與基體界面結(jié)合、熱影響區(qū)等問題。因此增材修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于民機(jī)領(lǐng)域在具有廣闊前景的同時(shí)還面臨一些挑戰(zhàn)。

3.5.1 殘余應(yīng)力控制

激光增材維修過程是循環(huán)加熱冷卻的過程，會(huì)造成零件基體內(nèi)部殘余應(yīng)力分布發(fā)生變化，從而可能影響零件的靜力、疲勞、腐蝕等性能。同時(shí)零件也可能因殘余應(yīng)力而導(dǎo)致變形，難以保證維修的精度，從而影響零件的外觀尺寸。

3.5.2 修復(fù)材料集約化

由于受損零件的材料情況復(fù)雜，因此需要準(zhǔn)備的修復(fù)材料種類龐大，由此帶來一定的倉(cāng)儲(chǔ)問題或訂貨運(yùn)輸周期問題。因此開發(fā)可同時(shí)滿足不同待修復(fù)零件的集約化新材料將大幅降低維修成本、縮短維修周期。

3.5.3 性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立

目前適用于增材修復(fù)的民機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景越來越多，但標(biāo)準(zhǔn)體系不完善將阻礙增材修復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用。并且，對(duì)于民機(jī)增材維修零件的性能評(píng)價(jià)一般需要采用“積木式”方法，驗(yàn)證周期長(zhǎng)、成本高，這與增材維修周期短的優(yōu)勢(shì)相矛盾，因此需要針對(duì)增材維修技術(shù)建立相應(yīng)的航空維修裝備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 民機(jī)增材制造技術(shù)應(yīng)用機(jī)遇

4.1 發(fā)展規(guī)劃及政策

為搶占增材制造技術(shù)的戰(zhàn)略先機(jī)，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，增材制造在多個(gè)國(guó)家被列為國(guó)家級(jí)重大戰(zhàn)略，并制定了相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃和支持政策。

2009 年以來，美國(guó)先后制定了《重振美國(guó)制造業(yè)框架》《先進(jìn)制造國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》《增材制造在國(guó)防部的使用》等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，將增材制造技術(shù)列為美國(guó)制造業(yè)支柱技術(shù)之一，并在2012 年創(chuàng)立了美國(guó)國(guó)家增材制造創(chuàng)新研究所。歐盟也將增材制造技術(shù)作為未來制造業(yè)革命的重要部分［39］。歐盟于2015 年投入2.25 億歐元開展增材制造專項(xiàng)研究，并發(fā)布了增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。德國(guó)于2008 年成立了增材制造研究中心，在創(chuàng)立“工業(yè)4.0 平臺(tái)”時(shí)明確表示“將大力研發(fā)、創(chuàng)新激光增材制造等新興先進(jìn)技術(shù)”，并在《國(guó)家工業(yè)戰(zhàn)略2030》中將增材制造技術(shù)列為多個(gè)領(lǐng)域的核心技術(shù)。英國(guó)自2011 年以來持續(xù)增加增材制造技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入，并在《未來高附加值制造技術(shù)展望》中將增材制造列為提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和制造業(yè)定位的主要技術(shù)之一［40］。此外，英國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡等國(guó)也制定了相應(yīng)的政策積極開展增材制造技術(shù)研究，并投入大量資金推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)“外道超車”，推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，中國(guó)自2012 年以來相繼推出了針對(duì)增材制造的支持政策，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》《中國(guó)制造2025》《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016 年）》《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017—2020）》《增材制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃（2020—2022 年）》等一系列政策的發(fā)布和實(shí)施［39］有力推動(dòng)了增材制造在中國(guó)的快速發(fā)展。

4.2 產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展

增材制造產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，《Wohlers report 2023》發(fā)布的數(shù)據(jù)如圖11［41］所示，2008—2022 年全球增材制造產(chǎn)品和服務(wù)總營(yíng)收逐年增長(zhǎng)，其中2022 年全球增材制造總營(yíng)收增長(zhǎng)18.3%。中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策支持下飛速發(fā)展，近年來營(yíng)收增長(zhǎng)率均高于全球水平，其中2019—2022 年中國(guó)增材制造總營(yíng)收分別增長(zhǎng)29%、31%、27%、21%［42］。

圖11 2008—2022 年全球增材制造產(chǎn)品和服務(wù)年?duì)I收［41］Fig.11 Annual revenue of global additive manufacturing products and services from 2008 to 2022［41］

中國(guó)增材制造廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，對(duì)原材料的性能指標(biāo)要求較高，生產(chǎn)工藝區(qū)別于傳統(tǒng)原材料。目前中國(guó)增材制造專用材料性能及生產(chǎn)規(guī)模已基本滿足國(guó)內(nèi)需求，中航邁特、飛而康、江蘇威拉里等供應(yīng)商已具備生產(chǎn)高品質(zhì)鈦合金粉末、高溫合金粉末、高強(qiáng)鋁合金粉末等原材料的能力。

中國(guó)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備呈現(xiàn)出大型化和高效率的發(fā)展趨勢(shì)，華曙高科、鉑力特、易加三維等設(shè)備制造商均已推出了超大幅面米級(jí)設(shè)備，在高功率、多激光的作用下，可實(shí)現(xiàn)大尺寸零件的高效制造。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)體系不斷發(fā)展完善，2022 年中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部開展了增材制造產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范場(chǎng)景征集，旨在研發(fā)應(yīng)用更加適配行業(yè)需求、更加先進(jìn)適用的增材制造專用材料、裝備和應(yīng)用技術(shù)解決方案，遴選并發(fā)布了36 項(xiàng)增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景。截至2022 年，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)已達(dá)1 000 余家，其中不乏龍頭企業(yè)在產(chǎn)能規(guī)模和市場(chǎng)應(yīng)用方面展現(xiàn)出快速發(fā)展。2019 年，西安鉑力特成功在科創(chuàng)板上市，成為首家登陸科創(chuàng)板的增材制造裝備研制公司；作為將冷噴涂增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用在航空器維修領(lǐng)域的湖北超卓航空科技股份有限公司，于2022 年在科創(chuàng)板上市，并于2023 年成為中國(guó)首家獲批使用冷噴涂技術(shù)的航空部附件維修單位；2022 年，工業(yè)級(jí)增材制造裝備頭部企業(yè)湖南華曙高科技股份有限公司正式在上海證券交易所科創(chuàng)板掛牌上市；2023 年3 月，中國(guó)工業(yè)級(jí)光固化3D 打印廠商上海聯(lián)泰科技已完成IPO 上市輔導(dǎo)備案。

4.3 民機(jī)應(yīng)用需求

增材制造技術(shù)可有效提高設(shè)計(jì)和制造自由度，為民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化提供了有效的途徑。飛機(jī)減重對(duì)提高經(jīng)濟(jì)性、提升飛機(jī)整體性能、減少碳排放污染等意義重大，控制好飛機(jī)重量、進(jìn)行有效的減重工作是保持民機(jī)競(jìng)爭(zhēng)性的必要條件之一。經(jīng)濟(jì)性是民用飛機(jī)滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成功商業(yè)化的重要指標(biāo)，飛機(jī)重量直接影響運(yùn)營(yíng)成本，輕量化帶來的燃油成本降低不容小覷。飛機(jī)重量也是衡量飛機(jī)設(shè)計(jì)先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一，減重有助于改善飛機(jī)的整體性能，如飛行速度、載重量、推重比和升力等。飛機(jī)減重與綠色航空理念相契合，全球氣候變暖及環(huán)境污染的加劇使減少航空碳排放迫在眉睫。國(guó)際民航組織計(jì)劃到2050 年商用飛機(jī)的碳排放減少一半。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一方面要使用清潔能源，另一方面也要通過輕量化設(shè)計(jì)等方法來提高燃油效率。

5 民機(jī)增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

5.1 適航認(rèn)證

隨著增材制造在航空領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與潛力的展現(xiàn)，如何對(duì)增材制造這一新興制造技術(shù)開展適航審查與認(rèn)證工作早就受到了美國(guó)、歐洲等國(guó)家/地區(qū)的民用飛機(jī)適航審定機(jī)構(gòu)的關(guān)注，并已開展大量針對(duì)適航符合性驗(yàn)證方法的探索性研究工作。

FAA 認(rèn)為增材制造并不是第一種對(duì)FAA 認(rèn)證流程提出挑戰(zhàn)的新材料新工藝。半個(gè)世紀(jì)前，復(fù)合材料的引入就曾帶來過類似的挑戰(zhàn)。2015 年6 月，F(xiàn)AA 發(fā)布了AIR 100-15-130-GM39《增 材制造認(rèn)知》備忘錄［43］，提出由設(shè)計(jì)、制造和適航部門（AIR-100）組建了增材制造國(guó)家團(tuán)隊(duì)（AMNT），收集增材制造民機(jī)應(yīng)用的信息，為即將開展的增材制造認(rèn)證收集技術(shù)資源。2016 年7 月，F(xiàn)AA 發(fā)布了AIR 100-16-130-GM18《粉 末床熔融增材制造零件的工程考慮》備忘錄［44］，這份備忘錄沒有為增材制造零件提供具體指導(dǎo)，而是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料、成形過程、后處理、檢測(cè)方法、工藝驗(yàn)證、材料設(shè)計(jì)值獲取及其他方面對(duì)零件制造者提出了必須考慮的一些技術(shù)問題。2016 年9 月，F(xiàn)AA 發(fā)布了AIR 100-16-110-GM26《增材制造設(shè)施和過程的評(píng)估》備忘錄［45］，旨在幫助航空安全審查員（ASI）對(duì)增材制造設(shè)施及過程進(jìn)行評(píng)估，包括人員培訓(xùn)、場(chǎng)地設(shè)施、技術(shù)數(shù)據(jù)、原材料處理、設(shè)備、軟件控制、制造過程有效性、制造過程監(jiān)控、檢測(cè)、冶金過程等方面，完成對(duì)增材制造過程穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。

2018 年，F(xiàn)AA 發(fā)布了咨詢通告AC 33.15-4《粉末床熔融增材制造成形渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件及修復(fù)指南》［46］的征求意見稿，在這份咨詢通告中FAA 首次針對(duì)增材制造零件（雖然僅限于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件）的適航取證建議采用類似于復(fù)合材料的積木式驗(yàn)證方法，如圖12［46］所示，通過試樣級(jí)、細(xì)節(jié)件級(jí)、構(gòu)件級(jí)等多層級(jí)積木式驗(yàn)證來保證產(chǎn)品安全性。

圖12 AC 33.15-4 推薦的增材制造零件“積木式”試驗(yàn)驗(yàn)證體系［46］Fig.12 “Building Block”experimental verification system for additive manufacturing parts recommended by AC 33.15-4［46］

2017 年4 月歐洲航空安全局發(fā)布了CM-S-008《增材制造認(rèn)證備忘錄》［47］，闡述了引入增材制造技術(shù)給民用飛機(jī)適航審定過程參與者和取證策略帶來的影響。2022 年EASA 批準(zhǔn)了第一個(gè)在飛機(jī)上使用增材制造的承力金屬部件ALink（A 形連接件），這也意味著未來EASA 等機(jī)構(gòu)可能將允許增材制造技術(shù)應(yīng)用于更多的民機(jī)重要承力結(jié)構(gòu)。

中國(guó)民航局（CAAC）民用航空適航審定中心于2021 年發(fā)布了審定技術(shù)指導(dǎo)材料《增材制造結(jié)構(gòu)審定的技術(shù)說明（征求意見稿）》，建議采用類似于復(fù)合材料的積木式驗(yàn)證方法，通過試樣級(jí)、細(xì)節(jié)件級(jí)、構(gòu)件級(jí)等多層級(jí)積木式驗(yàn)證保證設(shè)計(jì)值的準(zhǔn)確性。

2022 年CAAC 下屬上海適航審定中心完成了對(duì)中國(guó)商飛公司國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919 艙門增材制造鈦合金件的審查，批準(zhǔn)鈦合金增材制造零件安裝在C919 飛機(jī)的艙門機(jī)構(gòu)中。這是中國(guó)首次批準(zhǔn)增材制造金屬件在民用飛機(jī)的裝機(jī)應(yīng)用，采用了具有創(chuàng)新特色的“單件適航”策略，減少了試驗(yàn)量、縮短了取證周期，初步構(gòu)建了民機(jī)靜強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)增材制造結(jié)構(gòu)適航取證體系，解決了長(zhǎng)期困擾增材制造結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用的適航取證關(guān)鍵核心問題。

5.2 一體化設(shè)計(jì)制造

增材制造大大解放了制造工藝對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)形式的約束，為結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了機(jī)遇和技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)可基于先進(jìn)制造“量身定做”，通過設(shè)計(jì)與制造高度融合構(gòu)造出全新結(jié)構(gòu)形式，其中包括大型整體化、構(gòu)型拓?fù)浠⑻荻葟?fù)合化和結(jié)構(gòu)功能一體化等。基于增材制造的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)具有高減重、長(zhǎng)壽命、多功能、低成本、快速響應(yīng)研制等顯著優(yōu)勢(shì)，有望突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)“天花板”［48］。

采用與GE 公司Leap 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴一體成形類似的原理，近期針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)大部件的一體化設(shè)計(jì)逐漸成為備受關(guān)注的研究方向。飛機(jī)機(jī)體零部件的大型整體化設(shè)計(jì)是指針對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)中的重要連接開展一體化設(shè)計(jì)優(yōu)化，弱化應(yīng)力集中，使非承載的參與區(qū)最小化、消除接頭連接，從而構(gòu)建整體大部件，實(shí)現(xiàn)減少零件數(shù)量、減輕結(jié)構(gòu)重量、均勻應(yīng)力分布等效果。

在某新型戰(zhàn)機(jī)中，2020 年王向明團(tuán)隊(duì)建立了帶制造屬性和壽命屬性的多約束協(xié)同設(shè)計(jì)方法，并基于該方法設(shè)計(jì)了無接頭連接的鋁合金加強(qiáng)框-翼梁整體件，如圖13［48］所示，實(shí)現(xiàn)了零件減少50%、重量減少38%、翼根高度降低1/4、制造效率提高10 倍以上［48-49］。同時(shí)針對(duì)整體結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展抑制難點(diǎn)提出了鈦合金層合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展“平臺(tái)特征”，發(fā)明鈦合金層合梁肋長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)，通過主動(dòng)調(diào)控可延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展壽命3 倍以上［48］。

圖13 某型戰(zhàn)機(jī)機(jī)翼/機(jī)身整體大部件［48］Fig.13 Large components of fuselage/wing structure of a certain fighter aircraft［48］

針對(duì)直升機(jī)中等旋翼飛行器，溫學(xué)團(tuán)隊(duì)指出增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的一體化成形，從而大幅減少直升機(jī)零部件數(shù)量，進(jìn)而有效降低結(jié)構(gòu)在接頭部位失效的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少了設(shè)計(jì)人員和零件加工制造人員的工作量，縮短直升機(jī)交付周期［50］。在航天領(lǐng)域，王婧超團(tuán)隊(duì)針對(duì)去連接件的航天運(yùn)載器上面級(jí)艙體結(jié)構(gòu)整體成形需求，基于現(xiàn)有激光選區(qū)熔化設(shè)備完成縮比產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)制造，驗(yàn)證了基于增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭典型主體結(jié)構(gòu)無連接件設(shè)計(jì)的可行性［51］。

對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，人們期待進(jìn)一步推廣至整個(gè)機(jī)身結(jié)構(gòu)、機(jī)翼結(jié)構(gòu)甚至整機(jī)。俄羅斯的蘇霍伊設(shè)計(jì)局給出了對(duì)戰(zhàn)機(jī)整機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)都采用拓?fù)鋬?yōu)化構(gòu)型的設(shè)計(jì)，如圖14［52］所示，空客公司也提出了未來客機(jī)的概念方案，并期待到2050 年左右通過增材制造技術(shù)打印整架飛機(jī)，如圖15［52］所示。

圖14 戰(zhàn)機(jī)整機(jī)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)概念圖［52］Fig.14 Concept art of topology optimization design of fighter aircraft［52］

圖15 空客未來客艙概念圖［52］Fig.15 Concept art of future Airbus cabin［52］

結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)是發(fā)揮增材制造工藝優(yōu)勢(shì)的最佳設(shè)計(jì)形式，但仍需在結(jié)構(gòu)整體建模、多功能與多學(xué)科性能的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)、跨尺度結(jié)構(gòu)構(gòu)型的性能表征和優(yōu)化設(shè)計(jì)、增材制造工藝約束等方面進(jìn)一步開展深入研究［53］。

5.3 數(shù)字化智能化

經(jīng)過20 多年研究和開發(fā)，在眾多商用合金中只有極少數(shù)能打印出無缺陷且結(jié)構(gòu)合理的部件，所有增材制造產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值在制造業(yè)經(jīng)濟(jì)中所占比例微乎其微。造成這一困難的原因是增材制造零部件的結(jié)構(gòu)和性能存在顯著差異，且容易出現(xiàn)缺陷［54］。目前結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化及缺陷的減少是通過對(duì)不同打印技術(shù)的工藝變量矩陣進(jìn)行試驗(yàn)和試錯(cuò)測(cè)試實(shí)現(xiàn)的。然而由于原材料和打印設(shè)備的價(jià)格昂貴，因此在對(duì)增材制造零件進(jìn)行合格鑒定時(shí)試錯(cuò)法的成本很高［55］。

為解決這些難題，需用一種先進(jìn)的工具取代試錯(cuò)法。隨著智能技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)流程，智能系統(tǒng)通過傳感器連接、通信技術(shù)、云計(jì)算、仿真和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模在生產(chǎn)集成制造中變得越來越突出［56］。數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式為物理對(duì)象創(chuàng)建虛擬模型模擬其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，許多行業(yè)和政府機(jī)構(gòu)已成功構(gòu)建并用于不同的制造流程。如通用電氣公司目前擁有超55 萬個(gè)正在運(yùn)行的真實(shí)物理系統(tǒng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，從噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)到動(dòng)力渦輪機(jī)［57］。此外美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和美國(guó)空軍也在研究如何使用數(shù)字孿生提高車輛設(shè)計(jì)的可靠性和安全性［58］。基于增材制造的數(shù)字孿生由機(jī)械模型、傳感和控制模型、統(tǒng)計(jì)模型、大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)組成，如圖16［59］所示。研究表明通過創(chuàng)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，可在打印的物理世界和虛擬世界之間架起一座橋梁，減少試驗(yàn)和錯(cuò)誤測(cè)試次數(shù)，減少缺陷，縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之間的時(shí)間，并使更多金屬產(chǎn)品的打印具有成本效益［60-63］。盡管數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的增材制造仍處于起步階段，但它已顯示出巨大的潛力，其自主能力源于數(shù)字孿生中嵌入的人工智能，可改變?cè)霾男袠I(yè)［64］。

圖16 3D 打印的數(shù)字孿生系統(tǒng)示意圖［59］Fig.16 Schematic diagram of digital twin system for 3D printing［59］

5.4 新材料新工藝

5.4.1 更適用于增材制造的高強(qiáng)合金開發(fā)

隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于航空器材料的要求也越來越高。增材制造作為一種新興的制造技術(shù)，為航空領(lǐng)域提供了許多創(chuàng)新的解決方案。在增材制造材料方面，高強(qiáng)度金屬材料的發(fā)展成為了一個(gè)重要的趨勢(shì)。

基于民機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，航空零部件必須由高性能材料制成，且在運(yùn)營(yíng)過程中需要可靠和耐久性以確保可接受的安全水平。鈦合金因其良好的耐腐蝕性、低密度和高強(qiáng)度等機(jī)械性能廣泛用于航空航天［55］。隨著未來飛機(jī)型號(hào)發(fā)展，需開發(fā)出強(qiáng)度和韌性更高的鈦合金以滿足輕量化需求［65］。鋁合金一直是飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件的主要材料［66］，但可用的鋁合金材料有限，且大多數(shù)傳統(tǒng)鋁合金不適于增材制造工藝。為此學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都開展了大量研究，如使用傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋁合金的粉末確定合適的增材制造加工窗口，對(duì)粉末進(jìn)行預(yù)合金化及開發(fā)先進(jìn)的鋁基復(fù)合材料，并通過原位或非原位方法引入增強(qiáng)相等［67］?，F(xiàn)有的金屬增材制造主要用于制造單一材料的零件，隨著金屬增材制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，需加強(qiáng)材料研究和開發(fā)，提高材料性能的穩(wěn)定性和可靠性，拓展金屬增材制造的材料選擇范圍，并針對(duì)增材制造特點(diǎn)設(shè)計(jì)新型材料。在新材料設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮合金的可加工與拉伸性能，更應(yīng)依據(jù)具體服役要求，針對(duì)性地開展特定性能的合金成分設(shè)計(jì)［68］。

5.4.2 功能分級(jí)金屬材料

隨著商業(yè)應(yīng)用的不斷增加，對(duì)在單個(gè)零件中包含多種不同材料的情況進(jìn)行增材制造的需求也在增加。多材料增材制造（MMAM）是一個(gè)新興領(lǐng)域。與一般的增材制造方法相比，MMAM帶來了更高的設(shè)計(jì)自由度，如將結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可定制的材料物理性能（如局部耐磨性、高導(dǎo)熱性、隔熱性、耐化學(xué)腐蝕性等），甚至為增材制造零件引入了新的自由度［69］。功能分級(jí)金屬材料（FGMMs）是一種新型異質(zhì)材料，由結(jié)構(gòu)或成分具有梯度的多金屬成分組成。與傳統(tǒng)的均質(zhì)材料相比，功能分級(jí)金屬材料能以空間可控的方式集成多種不同的成分，從而創(chuàng)造出理論上單一材料不可能同時(shí)具備的各種先進(jìn)性能的組合。因此在復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境中，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)（極端溫度和壓力）、核電站水反應(yīng)堆（高壓和腐蝕性）和空間站（低壓/低溫），對(duì)FGMM 的需求量很大［70］。隨著多材料粉末供應(yīng)技術(shù)瓶頸的突破，使用增材制造生產(chǎn)多材料零件已成為現(xiàn)實(shí)。目前多材料的增材制造仍處于初級(jí)階段，距離實(shí)現(xiàn)加工無缺陷零件并將其用于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的最終目標(biāo)仍有較大差距，需從材料、工藝和軟件等多個(gè)方面開展研究。如何集成復(fù)雜的混合制造系統(tǒng)，建立設(shè)計(jì)和制造規(guī)則，優(yōu)化制造流程，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和控制制造質(zhì)量，評(píng)估零件的可靠性、耐久性等都需要進(jìn)一步研究。

5.4.3 復(fù)合材料3D 打印

復(fù)合材料的特性使其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)金屬材料更加輕便。復(fù)合材料3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在輕量化方面。航空行業(yè)對(duì)飛機(jī)的重量控制非常嚴(yán)格，而復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)金屬材料相比更輕薄。傳統(tǒng)制造方法難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空腔結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)，而3D 打印技術(shù)可以通過逐層堆疊的方式直接將復(fù)合材料打印成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而最大程度地減少無用材料的使用量，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)輕量化。

目前已有多種復(fù)合材料可供3D 打印使用，如碳纖維、玻璃纖維等。未來預(yù)計(jì)將出現(xiàn)更多種類的復(fù)合材料，包括具有特殊性能的材料。這將使航空器制造商能根據(jù)不同需求選擇適合的材料，并實(shí)現(xiàn)更加智能化的設(shè)計(jì)和制造。隨著技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)合材料3D 打印技術(shù)將能實(shí)現(xiàn)更小尺度、更精細(xì)結(jié)構(gòu)的部件制造。這將有助于提高飛機(jī)的性能和效率，促進(jìn)航空器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。未來復(fù)合材料3D 打印技術(shù)發(fā)展將需要多學(xué)科的融合。航空工程、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域之間的合作將推動(dòng)該技術(shù)更好地應(yīng)用于民用飛機(jī)制造，并促進(jìn)其更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用［71］。

5.4.4 4D 打印技術(shù)

4D 打印技術(shù)是一種相對(duì)較新的制造技術(shù)，它在3D 打印的基礎(chǔ)上，通過使用具有響應(yīng)性材料或結(jié)構(gòu)的打印件實(shí)現(xiàn)在外部刺激下產(chǎn)生形狀、結(jié)構(gòu)或功能變化的能力。這種技術(shù)可使打印件在特定條件下自動(dòng)變形、組裝或執(zhí)行特定功能。

4D 打印的概念自提出以來，引起人們極大的興趣和關(guān)注。隨著打印材料、打印方法的不斷拓展與進(jìn)步，其在航空航天領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。未來4D 打印的發(fā)展需高度依賴3D 打印技術(shù)、智能科學(xué)、新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模等，才能構(gòu)建精準(zhǔn)、穩(wěn)定預(yù)測(cè)4D 零件形狀變化的模型，應(yīng)用于大型、長(zhǎng)壽命民用航空應(yīng)用場(chǎng)景中［72］。相信4D打印未來會(huì)在民用飛機(jī)上發(fā)揮不可小覷的作用。

5.5 維護(hù)維修

通過增材技術(shù)對(duì)受損零件進(jìn)行修復(fù)實(shí)現(xiàn)再制造符合國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略，可為高附加值的航空產(chǎn)業(yè)帶來巨大價(jià)值。金屬增材維修技術(shù)已在軍機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，從發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷修復(fù)逐步發(fā)展到飛機(jī)框、梁、搖臂、支架等各類零件的損傷修復(fù)［73］。借鑒軍機(jī)領(lǐng)域機(jī)體結(jié)構(gòu)腐蝕、磨損、疲勞裂紋等修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合民機(jī)維修維護(hù)設(shè)計(jì)要求，考慮飛機(jī)安全性和可靠性，未來民機(jī)增材制造維修可從風(fēng)險(xiǎn)性較小的非關(guān)鍵件著手修復(fù)，逐步考核驗(yàn)證，以此為基礎(chǔ)有序推進(jìn)至關(guān)鍵件。為進(jìn)一步提高增材維修技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度，滿足民機(jī)持續(xù)適航要求，增材維修技術(shù)展現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)。

5.5.1 航空備件生產(chǎn)

在持續(xù)適航過程中，航空零部件的損壞很可能導(dǎo)致整個(gè)飛機(jī)無法正常服役或運(yùn)營(yíng)，目前對(duì)于故障零部件的維修一般采用向飛機(jī)制造商采購(gòu)原廠零部件的方式，隨著飛機(jī)型號(hào)不斷迭代，某些零部件備件的生產(chǎn)線取消，一些零件將面臨無法生產(chǎn)備件的問題。

一方面，通過激光選區(qū)熔化技術(shù)導(dǎo)入所需零件的三維模型、設(shè)置打印參數(shù)即可完成零件制造，不再需要提前儲(chǔ)備備件，不但可減少運(yùn)輸周轉(zhuǎn)時(shí)間、快速恢復(fù)運(yùn)行，且能有效降低備件的庫(kù)存量。

另一方面，中國(guó)航空工業(yè)亟須進(jìn)一步加快民用航空零部件“國(guó)產(chǎn)化”步伐。增材制造技術(shù)在支持航空零部件和航材國(guó)產(chǎn)化方面具有天然優(yōu)勢(shì)。針對(duì)供應(yīng)商唯一或選擇很少且需求量很低的航空零部件，可能面臨零件更換價(jià)格昂貴、供貨周期長(zhǎng)的問題。引入增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄造、鍛造等工藝的替代，完成滿足原廠件要求的自制件研制，可有效避免航材“受制于人”的情況。

5.5.2 低溫修復(fù)技術(shù)推廣

冷噴涂是一種固相增材制造技術(shù)，與基于熔化的增材技術(shù)（如熱噴涂、激光熔覆、電弧增材等）不同，是通過顆粒在高速?zèng)_擊下的嚴(yán)重塑性形變形成涂層的沉積技術(shù)，冷噴涂過程中材料溫度低于熔點(diǎn)，可減輕粉末顆粒氧化和基體相變、晶粒粗化、熱變形等問題，為復(fù)雜零件和薄壁零件的修復(fù)提供了新的解決方案，同時(shí)冷噴涂還具有較高的沉積效率［74］。基于以上技術(shù)特點(diǎn)，冷噴涂的應(yīng)用場(chǎng)景將更加豐富。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）2000 年開始開展冷噴涂修復(fù)技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，2001 年創(chuàng)建了冷噴涂研發(fā)中心，2008 年以來，ARL 利用冷噴涂技術(shù)成功修復(fù)了很多高價(jià)值的鋁合金及鎂合金零部件，如UH-60 主旋翼變速箱殼體、B-1轟炸機(jī)的前系統(tǒng)艙面板及鈦合金液壓管路、AH-64 阿帕奇桅桿支架、飛機(jī)起落架等。隨著民航領(lǐng)域的快速發(fā)展，民用飛機(jī)構(gòu)造性能高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)配套的機(jī)載設(shè)備、機(jī)體結(jié)構(gòu)維修再制造技術(shù)也提出更高要求。冷噴涂固態(tài)增材制造技術(shù)在民用飛機(jī)制造修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力很大，可在保證維修質(zhì)量的前提下，極大提高維修效率、降低維修成本。

5.5.3 移動(dòng)式增減材一體化修復(fù)裝備

增材修復(fù)后還需進(jìn)行局部加工恢復(fù)零件外觀尺寸及表面質(zhì)量，為隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)更加便捷的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，修復(fù)裝備需向移動(dòng)式便攜化、增減材一體化方向發(fā)展。

6 結(jié)論

增材制造作為一種具有數(shù)字化、智能化特點(diǎn)的新興技術(shù)，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成形、縮短生產(chǎn)周期、提高材料利用率等方面優(yōu)勢(shì)顯著，有助于民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)迭代、減重降本增效、敏捷航材支援及維修維護(hù)應(yīng)用?，F(xiàn)階段增材制造在高性能零部件的成形質(zhì)量一致性和性能穩(wěn)定性控制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建立、材料和工藝的鑒定與認(rèn)證、最終零件適航符合性驗(yàn)證等方面亟待解決的關(guān)鍵問題是制約其在民用飛機(jī)工程化應(yīng)用的重要挑戰(zhàn)。

國(guó)內(nèi)外在先進(jìn)制造領(lǐng)域持續(xù)的政策和資金支持加快了增材制造產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，專用材料供給能力、工藝裝備及軟件系統(tǒng)性能的逐步提升，產(chǎn)業(yè)鏈條的逐漸完善，給民用飛機(jī)的增材制造技術(shù)應(yīng)用帶來了重要的發(fā)展機(jī)遇。隨著民用航空領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃觳牧?、工藝和零部件的適航審查與認(rèn)證探索研究，增材制造與優(yōu)化設(shè)計(jì)深度融合發(fā)展，該技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)的大型整體化、構(gòu)型拓?fù)浠?、梯度?fù)合化和結(jié)構(gòu)功能一體化應(yīng)用等方面前景廣闊。