作為第三次工業(yè)革命制造領(lǐng)域的典型代表技術(shù)，3D打印的發(fā)展時刻受到各界的廣泛關(guān)注。而金屬高性能增材制造技術(shù)(金屬3D打印技術(shù))被行內(nèi)專家視為3D打印領(lǐng)域高難度、高標準的發(fā)展分支瘟则，在工業(yè)制造中有著舉足輕重的地位，南極熊也一直在關(guān)注著金屬3D打印發(fā)展≈Τ樱現(xiàn)如今醋拧，世界各國工業(yè)制造企業(yè)都在大力研發(fā)金屬增材制造技術(shù)，尤其是航空航天制造企業(yè)淀弹，更是不惜耗費大量財力丹壕、物力加大研發(fā)力度，以確保自己的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢薇溃。

在美國制造業(yè)回歸戰(zhàn)略以及德國工業(yè)4.0的背景衍襯下菌赖，國際環(huán)境也為3D打印提供了其成長不可或缺的營養(yǎng)。不管是美國新成立的國家增材制造中心沐序，還是英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會琉用，都將航空航天作為增材制造技術(shù)的首要應用領(lǐng)域。而在2012年10月策幼，原中國科學院院長邑时，全國人大委員會副委員長路甬祥曾明確表示，中國的3D技術(shù)也將首先應用于航空航天領(lǐng)域特姐。

作為工業(yè)界皇冠上的璀璨明珠晶丘，航空航天制造領(lǐng)域集成了一個國家所有的高精尖技術(shù)，是國家戰(zhàn)略計劃得以實施裁鸦，政治形勢得以展現(xiàn)的后援保障領(lǐng)域象体。而金屬3D技術(shù)作為一項全新的制造技術(shù)，其在航空航天領(lǐng)域的應用優(yōu)勢突出肮脱，服務效益明顯枯橱。主要體現(xiàn)在一下幾個方面：

(1)縮短新型航空航天裝備的研發(fā)周期。

航空航天技術(shù)是國防實力的象征攒置，也是國家政治的體現(xiàn)形式，世界各國之間競爭異常激烈披蚕。因此尖坦，各國都想試圖以更快的速度研發(fā)出更新的武器裝備，使自己在國防領(lǐng)域處于不敗之地讹渴。而金屬3D打印技術(shù)讓高性能金屬零部件装屈，尤其是高性能大結(jié)構(gòu)件的制造流程大為縮短怒晕。無需研發(fā)零件制造過程中使用的模具，這將極大的縮短產(chǎn)品研發(fā)制造周期路学。

國防大學軍事后勤與軍事科技裝備教研部教授李大光表示上世紀八九十年代嚼吞，要研發(fā)新一代戰(zhàn)斗機至少要花10-20年的時間，由于3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具蹬碧，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件舱禽，所以如果借助3D打印技術(shù)及其他信息技術(shù)，最少只需3年時間就能研制出一款新戰(zhàn)斗機恩沽。加之該技術(shù)的高柔性誊稚，高性能靈活制造特點，以及對復雜零件的自由快速成型罗心，金屬3D打印將在航空航天領(lǐng)域大放異彩里伯，為國防裝備的制造提供強有力的技術(shù)支撐。

國產(chǎn)大飛機C919上的中央翼緣條零件是金屬3D打印技術(shù)的在航空領(lǐng)域的應用典型渤闷。此結(jié)構(gòu)件長3米多疾瓮，是國際上金屬3D打印出最長的航空結(jié)構(gòu)件。如果采用傳統(tǒng)制造方法飒箭，此零件需要超大噸位的壓力機鍛造而成狼电，不但費時費力，而且浪費原材料补憾，目前國內(nèi)還沒有能夠生產(chǎn)這種大型結(jié)構(gòu)件的設備惯篇。

所以，要想保證飛機研發(fā)進程及安全性忱厨，我們必須向國外訂購此零件辱囤，且從訂貨到裝機使用周期長達2年多時間，這嚴重阻礙了飛機的研發(fā)進度鲤瞪。采用金屬3D打印技術(shù)打印出的中央翼緣條牢介，其研制時間緊一個月左右，其結(jié)構(gòu)強度達到甚至超過了鍛件使用標準揉拯，完全符合航空使用標準泳厌。金屬3D打印技術(shù)的使用在很大程度上縮短我國大飛機的研制，讓研制工作得以順利進行液斩。

而這僅是金屬3D打印技術(shù)應用在航空航天領(lǐng)域的一個縮影而已起驱。

(2)提高材料的利用率，節(jié)約昂貴的戰(zhàn)略材料谤赛，降低制造成本鹊获。

航空航天制造領(lǐng)域大多都是在使用價格昂貴的戰(zhàn)略材料，比如像鈦合金、鎳基高溫合金等難加工的金屬材料刹碾。傳統(tǒng)制造方法對材料的使用率很低燥撞，一般不會大于10%，甚至僅為2%-5%迷帜。材料的極大浪費也就意味著機械加工的程序復雜物舒，生產(chǎn)時間周期長。如果是那些難加工的技術(shù)零件戏锹，加工周期會大幅度增加冠胯，制造周期明顯延長，從而造成制造成本的增加景用。

金屬3D打印技術(shù)作為一種近凈成型技術(shù)涵叮，只需進行少量的后續(xù)處理即可投入使用，材料的使用率達到了60%伞插，有時甚至是達到了90%以上割粮。這不僅降低了制造成本，節(jié)約了原材料媚污，更是符合國家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略舀瓢。

2014年在中國科學院一個專題討論會上，北航王華明教授曾表示皿掂，中國現(xiàn)在僅需55天就可以打印出C919飛機駕駛艙玻璃窗框架瓣车。王華明還說，歐洲一家飛機制造公司表示般供，他們生產(chǎn)同樣的東西至少要2年菠贡，光做模具就要花200萬美元，而中國采用3D打印技術(shù)不僅縮短了生產(chǎn)周期栅告，提高了效率睛至，而且節(jié)省了原材料，極大地降低了生產(chǎn)成本域抚。

(3)優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)治部，減輕重量，減少應力集中涵蔓，增加使用壽命沧蛉。

對于航空航天武器裝備而言，減重是其永恒不變的主題滋遗。不僅可以增加飛行裝備在飛行過程中的靈活度蟀思，而且增加載重量，節(jié)省燃油溉跃，降低飛行成本汰聋。但是傳統(tǒng)的制造方法已經(jīng)將零件減重發(fā)揮到了極致门粪，再想進一步發(fā)揮余力，已經(jīng)不太現(xiàn)實烹困。

但是3D技術(shù)的應用可以優(yōu)化復雜零部件的結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下乾吻，將復雜結(jié)構(gòu)經(jīng)變換重新設計成簡單結(jié)構(gòu)髓梅，從而起到減輕重量的效果。而且通過優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)绎签，能使零件的應力呈現(xiàn)出最合理化的分布枯饿，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險，從而增加使用壽命诡必。通過合理復雜的內(nèi)流道結(jié)構(gòu)實現(xiàn)溫度的控制奢方，使設計與材料的使用達到最優(yōu)化，或者通過材料的復合實現(xiàn)零件不同部位的任意自由成型爸舒，以滿足使用標準蟋字。

戰(zhàn)機的起落架是承受高載荷，高沖擊的關(guān)鍵部位材又，這就需要零件具有高強度枫须，高的抗沖擊能力。美國F16戰(zhàn)機上使用3D技術(shù)制造的起落架药屠，不僅滿足使用標準新俗，而且平均壽命是原來的2.5倍。

(4)零件的修復成形崇旺。

金屬3D打印技術(shù)除用于生產(chǎn)制造之外都鸳，其在金屬高性能零件修復方面的應用價值絕不低于其制造本身。就目前情況而言设哀，金屬3D打印技術(shù)在修復成形方面所表現(xiàn)出的潛力甚至是高于其制造本身猪楣。

以高性能整體渦輪葉盤零件為例，當盤上的某一葉片受損矮层，則整個渦輪葉盤將報廢滤填，直接經(jīng)濟損失價值在百萬之上。較之前晓言，這種損失可能不可挽回认扼，令人心痛，但是基于3D打印逐層制造的特點重贺，我們只需將受損的葉片看作是一種特殊的基材骑祟，在受損部位進行激光立體成形，就可以回復零件形狀气笙，且性能滿足使用要求次企，甚至是高于基材的使用性能。由于3D打印過程中的可控性，其修復帶來的負面影響很有限缸棵。

事實上舟茶，3D打印制造的零部件更容易得到修復，匹配性更佳堵第。相較于其他制造技術(shù)吧凉，在3D修復過程中，由于制造工藝和修復參數(shù)的差距踏志，很難使修復區(qū)和基材在組織阀捅、成分以及性能上保持一致性。但是在修復3D成形的零件時就不會存在這種問題了针余。修復過程可以看作是增材制造過程的延續(xù)芳倒，修復區(qū)與基材可以達到最優(yōu)的匹配。這就實現(xiàn)了零件制造過程的良性循環(huán)标宪，低成本制造+低成本修復=高經(jīng)濟效益姓赂。

(5)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相配合，互通互補驱香。

傳統(tǒng)制造技術(shù)適用于大批量成形產(chǎn)品的生產(chǎn)揖蜒，而3D打印技術(shù)則更適合個性化或者精細化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造。將3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合示奉，各取所長升诡，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使制造技術(shù)發(fā)揮更大的威力皇铝。

比如页函，對于表面要求高質(zhì)量性能，但中心要求性能一般的零件而言锡胡，可以使用傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn)出中心形狀的零件庭四，然后使用激光立體成型技術(shù)在這些中心零件上直接成型表面零件，這樣就生出了表面性能高绘雁，中心要求一般的零件橡疼，節(jié)省了工藝的復雜程度，減少了生產(chǎn)流程庐舟。這種互補的生產(chǎn)組合欣除，在零部件的生產(chǎn)制造中具有重要的實際應用價值。

再者挪略，對于外部結(jié)構(gòu)簡單历帚，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜的零部件，其采用傳統(tǒng)制造技術(shù)制造內(nèi)部復雜結(jié)構(gòu)時杠娱，過程繁瑣挽牢，后續(xù)加工工序復雜這就造成了生產(chǎn)成本谱煤，延長了生產(chǎn)周期。采用外部使用傳統(tǒng)制造技術(shù)而內(nèi)部采用3D打印技術(shù)直接近凈成形禽拔，這樣只需少量后續(xù)工序就可完成產(chǎn)品的制造刘离，這縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本奏赘，發(fā)揮出傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)的完美匹配制造的結(jié)合寥闪，實現(xiàn)了互通互補。

航空航天作為3D打印技術(shù)的首要應用領(lǐng)域钮药，其技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的逼读，在實際生產(chǎn)中尺果，其技術(shù)應用還有很多亟待決絕的問題。比如目前3D打印還無法適應大規(guī)模生產(chǎn)青先，滿足不了高精度需求捌秩，無法實現(xiàn)高效率制造等。而且委鸯，制約3D打印發(fā)展的一個關(guān)鍵因素就是其設備成本的居高不下脓大，大多數(shù)民用領(lǐng)域還無法承擔起如此高昂的設備制造成本。但是隨著材料技術(shù)菲国，計算機技術(shù)以及激光技術(shù)的不斷發(fā)展过桌，制造成本將會不斷降低，滿足制造業(yè)對生產(chǎn)成本的承受能力射屿，屆時诚摹，3D打印將會在制造領(lǐng)域綻放屬于它的光芒。

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