增材制造技術在航空航天領域應用

    中國航天科工三院，張紅文院長提出，在航天生產領域，信息化、體系化、系列化、高效與精準打擊等方面的發展需求，對航天產品的性能、效能、可靠性、經濟科承受性、研制周期、綠色環保等要求也越來越高，對增材制造的技術需求，特別是在航天產品中內部輕量化異型精密構件、中小型超復雜薄壁帶型腔構件、支撐骨架+外表蒙皮的復雜結構件、艙體骨架梁框類等大型主承力整體構件4大類產品，尤為迫切。

    張紅文院長介紹了航天科工集團增材制造應用實踐：

    一是增材制造推動產品設計創新，使產品結構一體化，可將數十個、數百個甚至更多零件組裝的產品進行一體化設計，3D打印一次制造出來，大大簡化了制造工序；可使結構更加緊湊，各個結構集成的同時大大減少了質量與體積；可節約制造和裝配成本，消除裝配誤差。使結構功能一體化，通過最合理的復雜內流道結構實現最理想的溫度控制手段，通過不同材料復合實現同一零件不同部位的功能需求，進而實現同一零件不同部位承受不同的應力狀態，更理想的溫度控制和更優化的力學結構。通過最優化的結構設計來顯著減輕金屬結構件的重量，從而節約昂貴的航空材料，降低加工成本，可實現載荷的均勻分布，提升產品在復雜工況條件下的可靠性與穩定性，實現結構重量占比的大幅下降。

    二是推動傳統制造技術轉型升級，通過激光組合制造技術改造升級傳統制造技術，實現復合加工形成最佳的制造策略，可以在鑄造、鍛造和機械加工等傳統工藝技術制造出來的零件上，任意添加精細結構，并且使用其具有與整體制造相當的力學性能，同時激光增材制造技術可以制造毛坯，而后用建材制造的方法進行后處理。

    三是開發系列化增材制造專用材料，目前金屬3D打印技術的首要應用領域是航空航天工業，對現有材料的3D打印適應性研究主要針對的是航空航天材料，如高性能鈦合金、高溫合金、超過強度鋼以及鋁合金等。隨著3D打印技術的發展，鈷合金、銅合金、復合材料、梯度材料、非晶合金等材料的增材制造應用將越來越廣泛。     

    增材制造技術在大型民機上的應用

    中國商飛增材制造技術應用研究中心主任，張嘉振主任提出，民用商業飛機的增材制造技術有三大需求。

    一是創新設計需求，3D打印技術正在改變民用機的設計思維，在設計自主性和環保方面的優勢，使其在飛機制造業中的地位日益重要。對于3D打印技術應用于航空領域，已經不再是局限于是便宜還是快的討論層面，而是研究整體性能和經濟效益的提升所帶來競爭力的提升。

    二是，快速設計驗證需求，縮短設計周期，在工業設計階段，3D打印技術低成本快速成型的特點可彌補傳統工藝制作周期長，成本高的問題，設計師可以隨時打印出設計模型驗證設計效果。簡化加工過程，可直接加工出部分結構較為復雜的非受力件或受力件、艙門裝飾件等，簡化加工過程。

    三是，快速客戶響應需求，如果能夠利用3D打印的快速加工特性，在現場或附近快速制造出所需航材，那么客戶的AOG航材需求將能夠迅速滿足。3D打印不僅可用于批量制造飛機零部件、生產飛機維修所需的航材，而且可以利用其快速加工的特性，對現場缺少而又無法短期內采購到位的航材進行現場制造，保障航材緊急需求。在民航維修領域，利用3D打印技術開發飛機結構和部件修復方法，提供快速、低成本維修，縮短飛機維修停場時間，降低維修成本。另外，還可以根據維修工作需求和經驗，利用3D打印技術開發飛機維修所需的特殊工具、加工等效替代工裝，提高飛機維修工作效率、降低維修成本。