TCT峰會精彩回顧：航天工程3D打印的最新進展

2016年3月10日，在上?？鐕少彆怪行呐e辦的TCT亞洲峰會會議期間，上海航天設(shè)備制造總廠增材制造研究中心主任王聯(lián)鳳就3D打印在航天工程中的應(yīng)用和進展做了精彩演講，小編在現(xiàn)場認真聽了此次演說并做了相關(guān)會議紀要，現(xiàn)整理如下，以饗讀者。

王主任演講時對3D打印進行了細致的技術(shù)剖析，他認為此項技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造的制約，并就3D打印對材料、形狀、層次、功能的復雜性制造優(yōu)勢做了詳細介紹。

SLM（激光選區(qū)熔化增材制造技術(shù)）是實現(xiàn)創(chuàng)新想法的有效制造手段，通過使用3D打印技術(shù)，設(shè)計人員可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需考慮加工問題，在解決航空航天、船舶、汽車等動力裝備高端復雜精細結(jié)構(gòu)零部件的制造難題上有巨大優(yōu)勢。


設(shè)計人員不再受到傳統(tǒng)工藝和制造資源的約束，能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，在“所想即所得”的理念下，追求“創(chuàng)造無極限”。

3D打印在商用飛機的應(yīng)用

通過商用飛機上安全扣帶詳細的數(shù)據(jù)對比，我們可以看到傳統(tǒng)的飛機零部件用3D打印的方式可以實現(xiàn)輕量化設(shè)計。畢竟航天器零部件很多是中空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用傳統(tǒng)的工藝很難做出來，做出來也是用焊接或者拼接的方式，但是3D打印就比較容易做出來。

而且3D打印能夠縮短研發(fā)周期，提高零部件可靠性，實現(xiàn)綠色制造模式等。國產(chǎn)大飛機C919的零部件制造中，也是采用很多3D打印技術(shù)進行零部件優(yōu)化。

雖然SLM能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、輕量化、功能優(yōu)化、復雜精細等優(yōu)勢，在航天航空領(lǐng)域獲得了很多應(yīng)用（如NASA用SLM技術(shù)打印了火箭噴嘴及噴嘴點火試驗等），但仍然面臨很多問題。

比如說掃描算法單一，成形效率低，真空度難保持，易產(chǎn)生氧化，對粉末要求高，通用性較低，還有金屬疲勞性性能需要提升等諸多問題。畢竟只有各方面性能提高了，才能進一步擴大在航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。

我們來看看3D打印究竟在航空航天哪些領(lǐng)域能夠或者已經(jīng)用3D打印實現(xiàn)應(yīng)用。

一，3D打印在衛(wèi)星中的應(yīng)用

如圖所示，俄羅斯托木斯克理工大學即將在2016年三月底發(fā)射立方體納米衛(wèi)星就用到了3D打印技術(shù)，2U立方體衛(wèi)星的太陽電池板、布線和測壓元件模塊的混合制造，還有立方體衛(wèi)星簡單電子設(shè)備的制造等都能夠用3D打印實現(xiàn)制造。

其實早在2014年，NASA就和“太空制造”公司聯(lián)手打造了太空3D打印機，并于2014年9月份在太空成功打印了一個扳手，做了零重力測試，而且準備發(fā)射一臺金屬打印機到太空做相關(guān)測試。

可以說，未來的空間站零部件修復對發(fā)射火箭這樣高成本的方式的依賴性將大大降低。據(jù)沙蟲哥了解，空間站30%的零部件的修復或者替換都可以通過3D打印實現(xiàn)。

二，3D打印在火箭飛船上的應(yīng)用

2012年，美國宇航局就在亞歷山大沙漠中測試了3D打印的零部件，并成功發(fā)射飛船到空間站。圖中可以看到，美國通用電氣公司（GE）也在采用SLM技術(shù)生產(chǎn)發(fā)動機部件，在飛船的鏤空結(jié)構(gòu)金屬零件，發(fā)動機噴油嘴方面也有相關(guān)應(yīng)用。

三，3D打印在戰(zhàn)地系統(tǒng)中的應(yīng)用

美軍在打伊拉克的時候就用到3D打印技術(shù)，用3D打印修復他們的導彈車或者裝甲車，當然，在導彈和戰(zhàn)斗機零部件方面也有相關(guān)應(yīng)用。在戰(zhàn)爭中會遇到一些特殊的情況，比如說，一個零部件壞了，你不可能說拉回大本營修好再拉到戰(zhàn)場，也許這個空檔敵方已經(jīng)把基地攻占下來了。另外在航母，大型艦艇上美軍也已經(jīng)有很多應(yīng)用。想想看，如果戰(zhàn)艦在某海域巡航或任務(wù)途中出現(xiàn)問題拋錨了，恰好沒有該零件更換，說不定就會貽誤戰(zhàn)機，在這種情況下，3D打印機就能快速解決問題。

四，3D打印在無人機方面的應(yīng)用

用3D打印可以實現(xiàn)減輕無人機重量，提升續(xù)航能力。你比如說地面機器人火星探測器，在地面超過30度的坡就爬不過去，無人機探測器就能解決這些問題，NASA目前也正在對無人機做相關(guān)應(yīng)用研究。福島核電站危機，日本東京電力公司就用了3D打印的無人機進入福島勘察情況?，F(xiàn)在大量無人機玩家也在用3D打印技術(shù)制造零部件，省時省力還輕巧。

五，3D打印應(yīng)用到宇航服

《火星救援》里宇航服用3D打印技術(shù)再好不過，畢竟宇航員身材不一樣，必須保證私人訂制。傳統(tǒng)制作方式都是通過拼接焊接方式來保證氣密性，而通過3D打印方式把物料分配好后一體打印出來，能提高可靠性能。

六，3D打印應(yīng)用到國際空間站太陽翼

空間站中很多零部件應(yīng)用過程當中需要修復更換，如果用火箭發(fā)射運輸一個大的零件，可能就需要一個加上四個小助推的大火箭，會非常麻煩。在太空中電池陣面板展開的時候也很容易出現(xiàn)問題，因為這些結(jié)構(gòu)可能有十幾米，而且有可能比這更大，太陽翼支撐陣結(jié)構(gòu)在空間中展開困難，通過3D打印的方式就能解決這些情況。

這個就是NASA（SpiderFab）的蜘蛛計劃，通過不同的打印頭，像蜘蛛織網(wǎng)一樣，把整個電池陣面板一體化結(jié)構(gòu)打印出來，實現(xiàn)空間站發(fā)電的目的，這也是整個蜘蛛計劃的來歷。

不過目前來說，3D打印更多的是對傳統(tǒng)制造業(yè)的補充，而不是替代或者革命，3D打印本身的市場規(guī)模和體量不大。我們更應(yīng)該充分發(fā)揮3D打印在制造領(lǐng)域的優(yōu)勢，推動包括航天航空在內(nèi)的整個行業(yè)的健康發(fā)展，為人類造福。

信息來源：3D沙蟲網(wǎng)