3D打印,將讓人類在航空航天征途上飛得更快更高更遠。國內3D打印及航空航天領域的專家們日前在首屆“中國航空航天增材制造技術與應用論壇”上宣布,作為一項顛覆性的制造技術,3D打印將給航空航天領域帶來重大變革。
3D打印,將讓人類在航空航天征途上飛得更快更高更遠。國內3D打印及航空航天領域的專家們日前在首屆“中國航空航天增材制造技術與應用論壇”上宣布,作為一項顛覆性的制造技術,3D打印將給航空航天領域帶來重大變革。
3D打印為什么受到航空航天界的特別青睞?它會帶給我們哪些改變?這得從3D打印技術的原理特點說起。
3D打印技術誕生于上世紀80年代的美國,是將物體進行三維結構化設計,采用分層加工、疊加成形的方式,以激光束或電子束作為熱源,將塑料、金屬合金、陶瓷等粉末材料按照預先設計的圖形逐層高溫熔化、凝固,最后得到與零件三維模型完全一致的真實零件,也叫“增材制造”。
如果說鑄造技術像用模具在冰箱中凍冰棍,鍛造技術像鐵匠千錘百煉打鐵器,那么3D打印則是一種全新的整體化制造技術,能大幅簡化零件制造繁雜的工藝流程,大大地節(jié)省研制時間和提高原材料的利用率。
復雜零件輕松“搞定”
錢和時間省一半
不論是現(xiàn)代飛機還是航天器,都追求用盡可能少和輕的材料實現(xiàn)最大強度和剛度,因此構件常常采用“占空比”很大的異形設計,導致其結構特別復雜,形狀似“歪瓜裂棗”,像做過“鏤空”處理,用切削加工的方式制造則難度很大,有時95%的材料都被切割掉,且制造周期長達幾個月。
3D打印技術恰恰彌補了常規(guī)制造方法的不足,能快速地打印出結構復雜的零件,是實現(xiàn)結構復雜零件產(chǎn)品化的捷徑。
想象一下,將飛機的渦輪盤、框梁,航天發(fā)動機泵殼體、航天器的網(wǎng)格壁板密封艙等關鍵部件,從三維模型剖切成若干層二維“薄片”,那么不論這個三維零件結構多么復雜,只需逐層打印二維“薄片”并疊加粘結,就可快速將產(chǎn)品完整做出來。
前不久,我國成功發(fā)射的首枚新一代運載火箭“長征七號”的某試驗搭載中,就有用到3D打印的鈦合金構件。中國運載火箭技術研究院副總工程師陳濟輪向新華社記者透露,采用3D打印只用7天就搞定以往好幾個月才能加工完的零件。
中國工程院院士、北京航空航天大學教授王華明回憶說,國產(chǎn)大飛機C919機頭工程樣機的主風擋框、連接機翼和機身的上下緣條等鈦合金大型復雜關鍵構件就曾采用3D打印制造,只用幾十天時間完成了傳統(tǒng)工藝耗時兩年的工作,材料用量不足傳統(tǒng)鍛件的十分之一。
“若使用3D打印技術制造航空航天構件,至少可以壓縮一半的周期和成本。”中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒日前在首屆“中國航空航天增材制造技術與應用論壇”上介紹,美國宇航局2013年通過3D打印技術制造的J—2x火箭發(fā)動機噴注器就在高溫點火試驗中產(chǎn)生了創(chuàng)紀錄的9噸推力,并使整體式噴注器組零件數(shù)由原來的115個集成為2個,大大提高了生產(chǎn)效率。
從空間“五金店”
到“太空工廠”
“縮短型號研發(fā)流程,實現(xiàn)復雜結構產(chǎn)品的小批量快速制造只是3D打印作為顛覆性技術的一個方面?！标悵喺J為,3D打印將會打破傳統(tǒng)制造工藝對先進結構設計的制約,讓產(chǎn)品設計師放手做出“天馬行空”的設計。
如今,3D打印已將人類生產(chǎn)制造活動延展到外太空。眾所周知,太空環(huán)境與地面上完全不同,就是緊固螺帽這么簡單的工作,在空間站都受到極大制約,更別說制造工具。因而在3D打印機被送上太空以前,人類進入太空就像去戶外露營,得把要用的工具都帶齊全。但自從空間站有了3D打印機,宇航員可以隨時設計打印出急需的個性化工具,就像多了個空間“五金店”。美國宇航局的地面工作人員就曾通過電子郵件給空間站傳了一個數(shù)字模型文件,由空間站上的宇航員自主地3D打印出一個急需的套筒扳手。
據(jù)悉,美國宇航局計劃將3D打印技術應用到太空發(fā)射系統(tǒng)的創(chuàng)建和“獵戶座”飛船的火箭部件上,并使之成為未來登陸火星計劃的一部分。
