3D 打印技术在航空制造业的应用

3D 打印技术在航空制造业的应用

时恒恒 周丽娜

山东太古飞机工程有限公司 山东济南 250107

摘要：3D打印技术是近年来新兴的热门打印技术，其拥有众多优异的生产特点，例如生产周期较短、材料的使用率较高、数字化程度高以及成形时间较短等。而且3D打印技术在航空制造业的发展中也被得到了广泛的应用，因此本文将重点讲述3D打印技术在航空制造业的未来发展及应用。

关键词:3D打印技术；航空制造；具体应用

3D打印技术由设计与控制软件、3D打印材料以及3D打印工艺等3部分组成，3D打印技术是集合了信息技术、数字化建模技术、材料科学、材料化学以及机电控制技术等多方面的打印技术。3D打印技术被认为是第三次工业革命的重要标志，而航空制造业是促进我国航空事业发展、提升我国综合实力的重要生产行业，而将3D打印技术与航空制造业的有效结合，不仅有利于促进3D打印核心技术的发展，促进3D打印行业及协同产业的发展，同时还能优化航空制造业的经营模式，促使航空产品生产的精准化以及高效率化。

一、3D打印技术的主要技术手段

3D打印技术的实现原理是将产品的三维模型以其中某一坐标轴的方向为切入点，将产品解析成多个剖面，然后按照相关顺序将各剖面依次打印出来，再按照模型的相关尺寸、相关顺序等进行堆积，进而形成1:1的产品实体模型。3D打印技术的成形方法包含多种，其中最主要的技术有4种分别为光固化立体成形技术、分层实体制造技术、选择性激光烧结技术以及熔积成形技术等。

1. 光固化立体成形技术

光固化立体成形（SLA，全称为Stereo Lithography Apparatus）技术的最早出现时期是在20世纪80年代的后期，是由美国的3D System发明出的。具体操作方式是将液态的光敏树脂盛满于树脂的液槽中，利用激光束照射的方式先将液态的光敏树脂表层进行固化，然后再利用升降台将激光束的高度进行适量的下降，继而进行液态光敏树脂的下一层的固化工作，然后再按照同样的方式继续进行后面的工作，直到液态的光敏树脂全部固化完成。

2. 分层实体制造技术

分层实体制造（LOM，全称为Laminated Object Manufacturing）技术的具体实施方法是：首先，将底面涂有热熔胶的箔材借助供料机构的作用以分段传送的方式依次传送到工作台上，其次计算机在这过程中会提取所有箔材各层的横截面的轮廓，再次激光切割系统根据箔材横截面的轮廓进而再使用二氧化碳（CO₂）激光束沿着箔材的轮廓线将工作台上的纸对照切出相同尺寸的轮廓，最后将工作台上无轮廓的纸切小并进行清洁处理^[1]。

3. 选择性激光烧结技术

选择性激光烧结（SLS，全称为Selective Laser Sintering）技术是一种由离散点分层堆积而成的三维的、实体的3D成形技术，其具体施工方法是利用二氧化碳（CO₂）激光束对粉末质的材料进行选择性的烧结，这其中粉末质的材料主要有3种。分别是金属与粘结剂的混合粉、塑料粉以及陶瓷与黏结剂的混合物等。

4. 熔积成形技术

熔积成形（FDM，全称为Fused Deposition Modeling）技术在实际实施过程中是不需要激光束作为产品成形的辅助能源的，而是直接将各种丝材物质加热并熔化为3D形状的成形方法。

二、3D打印技术在航空制造业的应用

3D打印技术在航空制造业领域的应用主要体现在直接产品制造、精密熔模铸造以及产品外形验证等3个原型制造方面。中国工业部、中国信息化部以及中国工程院于2012年12月14日共同制定了关于3D打印技术的未来发展战略。我国是制造业大国，3D打印技术在我国未来航空制造业的发展进程中具有重要的影响作用，因此为保证3D打印技术和航空制造业的进一步结合与发展，现需要做以下6方面的准备工作。

1. 促进3D打印技术的高效生产与进一步研发

为保证3D打印技术“产研结合”的高效发展，首先应将3D打印技术的应用领域进一步拓宽，促使3D打印技术的产业链可以进一步延伸，同时还促使3D打印技术的产业化程度可以进一步提高，其次便是将现代化3D打印技术的“增材”制造与传统3D打印技术的“减材”制造进行有效结合，从而促使3D打印技术拥有“复合型”的制造体系。

2. 促使3D打印效率、精度以及速度等都能进一步的提高

3D打印技术的打印效率、打印速度以及打印精度的进一步提高需要从多方面实现，（1）将3D打印机进行便捷化设计，需要缩小3D打印机的体积，尽可能的使3D打印机可以实现桌面化的管理与操作，从而也降低了3D打印机的运行成本等；（2）大力开发3D打印材料，促使3D打印材料的种类可以呈现多元化，需要将能直接成型的金属材料作为重点开发对象^[2]。

3. 改变航空制造业的商业模式

航空制造企业应改变自身的商业运营模式，利用资本化的运营手段收购或者是兼并部分拥有核心技术的3D打印企业，立足于航空制造企业的发展基础之上将3D打印技术的的核心制造能力以及低成本的制造效率作为收购或兼并后的3D打印企业的发展重点，进而促使航空制造企业拥有自身的价值生产链。

4. 促进3D打印产业的协同发展

增强3D打印产业的联盟行业协会建设并推动3D打印产业以及联盟行业协同发展需要引导3D数字化技术提供商、3D打印服务应用提供商、工业设计企业、3D打印机和3D打印材料研发企业以及3D打印机构等共同组建产业联盟，从而才能促进3D打印产业及联盟产业的协同发展，同时还能促进3D打印产业及联盟产业的可持续化发展。

5. 促进3D打印核心技术的研发

促进3D打印核心技术的研发首先将详细列举3D打印技术的具体核心技术，例如3D打印的软件控制、3D打印机的打印装置、数字化技术以及材料技术等，其次需要加大对3D打印核心技术研发的投入力度，包括资金投入、人员投入、相关科技设备投入等，必要时还要设立单独的3D打印核心技术的专项研发基金，最后便是推进3D打印核心技术的的研发进度，从而为3D打印核心技术的成功研发做基础保障^[3]。

6. 促使3D打印技术的全面推广

促使3D打印技术的全面推广最有效的办法便是加强3D打印技术的教育培训。受3D打印技术的未来发展前景影响，同时也为了满足3D打印技术在未来发展中的人才需要，进而将3D打印技术也纳入相关学科的体系建设中，进而为我国航空制造业的发展、为社会的发展提供更多的3D打印技术的专业人才。另外还可以借助博览会、论坛以及行业协会等相关组织对3D打印技术人员进行相关3D打印技术的理论培训以及应用培训等，从而增强3D打印技术人员的实际操作水平等。

结束语

3D打印技术是新型的打印技术，可以有效的使产品尽可能的实现一定比例的结构还原，而航空制造业的发展是中国科技实力、经济实力的有效展现，而且由于航空产品的最终用途具有一定的特殊性与危险性，因此在进行航空制造业的生产过程中不容有丝毫误差，而3D打印技术具有一定的结构还原能力，可通过结构还原进而检验出航空产品的不合理处，从而实现航空产品的精准化以及高效率的目标，所以应加大3D打印技术的研发力度，优化航空企业的商业模式，引导3D打印行业的协同发展等，进而促进3D打印技术在航空制造业中的应用，提升我国航空制造业的生产水平。

参考文献

[1]兰兵德.浅析3D打印技术在汽车制造业中的应用前景[J].汽车工业研究，2017(08):23-25.

[2]王文升.3D打印技术在航空制造业的应用与研究[J].科技展望，2016，26(01):145.

[3]黄蓉. 技术哲学视野中的3D打印技术探析[D].武汉科技大学，2015.