3D打印一步解決 航空航天制造的難題

航天航空技術(shù)是當(dāng)今世界最具影響力的高新科技之一，而航天航空制造技術(shù)是航天航空技術(shù)的重要組成部分,，其發(fā)展水平對于飛機(jī),、火箭、導(dǎo)彈和航天器等航天航空產(chǎn)品的可靠性增強(qiáng)與使用壽命延長,，綜合技術(shù)性能的完善,，研制和生產(chǎn)成本的降低，甚至總體設(shè)計思想能否得到具體實現(xiàn),，均起著決定性作用,。而3D打印技術(shù)的首要應(yīng)用領(lǐng)域的就航空航天領(lǐng)域，例如飛機(jī)機(jī)翼的制造,、復(fù)雜零部件制作,、無人駕駛航空系統(tǒng)等等方面。

下面為大家介紹一下3D打印技術(shù)如何航空航天領(lǐng)域發(fā)光發(fā)彩的,。

1近距離了解CE通過3D打印的飛機(jī)殷勤
要說3D打印在渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用突破莫過于GE要在2018年試飛的ATP飛機(jī)發(fā)動機(jī)了,。這為通過增材制造可以實現(xiàn)的可能性打開了新的空間。 GE公司先進(jìn)的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)（ATP）發(fā)動機(jī)中,，三分之一以上的部件是由3D打印來完成的,，其額定功率為1300馬力，該發(fā)動機(jī)為Textron Aviation推出的10人座商用飛機(jī)Cessna Denali提供動力,。本期,，與網(wǎng)友一起近距離來了解這款發(fā)動機(jī)的特點。
與噴氣發(fā)動機(jī)不同的是,，渦輪螺旋槳飛機(jī)通常為小型商業(yè)飛行器和個人飛機(jī)提供動力,，但這仍然代表著數(shù)十億美元的市場�,；���3D打印技術(shù)特點,，設(shè)計師將855個獨立部件減少到12個。不僅如此,，3D打印通過降低ATP發(fā)動機(jī)的重量來降低成本,。發(fā)動機(jī)輕5％,，這意味著它將使飛機(jī)減少燃油消耗，此外設(shè)計變更將使ATP的發(fā)動機(jī)提高燃油燃燒效率,，從而能夠減少20％的燃油消耗,，并且比傳統(tǒng)加工方式制造的發(fā)動機(jī)多10％的功率。

GE ATP計劃負(fù)責(zé)人Gordie Follin說：“這臺發(fā)動機(jī)是革命性的,。因為GE將大型商業(yè)發(fā)動機(jī)中驗證的最先進(jìn)的技術(shù)移植到渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的設(shè)計與制造中來,。”

ATP發(fā)動機(jī)的革新之處包括3D空氣動力學(xué),、可變定子葉片和完全集成的數(shù)字引擎和螺旋槳控制系統(tǒng),。 Follin說：“我們正在使得Textron可以擁有更高的動力以承載更大,、更豪華的客艙,，并且發(fā)動機(jī)提供滿足客戶期望的巡航速度，并且飛行員將坐在更簡潔明快的噴氣式駕駛艙中,�,！�

經(jīng)過十多年的研究和開發(fā)，GE通過幾個流程的銜接來生產(chǎn)發(fā)動機(jī)零件,，包括直接金屬激光熔化3D打印技術(shù),。由于3D打印非常適合加工高度復(fù)雜的零件，這使得ATP發(fā)動機(jī)比傳統(tǒng)的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)減少了約30％的零件,，同時減少了發(fā)動機(jī)制造中涉及的組裝步驟和檢查次數(shù),。通過完全消除接頭的需要，該設(shè)計還消除了接頭損失和泄漏的風(fēng)險,。

GE的子公司Avio Aero的工程主管Giorgio Abrate說：“這不是簡單地用另一種方法替代一種生產(chǎn)方法,，而是重新設(shè)計和設(shè)計航空發(fā)動機(jī)的方式�,！背�了大量的采用增材制造技術(shù)之外,，ATP還是世界上第一個“數(shù)字原生”航空發(fā)動機(jī)。 ATP的設(shè)計師不是依靠2D原理圖,，而是使用先進(jìn)的3D建模,。引擎中的傳感器將收集數(shù)據(jù)，并允許用戶構(gòu)建所謂的ATP數(shù)字雙胞胎,。此外,，引擎的虛擬模型將會根據(jù)實際情況來考慮磨損，幫助操作人員預(yù)測正確的維護(hù)時間,，從而使得飛機(jī)將更多的時間用于飛行,。該發(fā)動機(jī)還將配備通過單個控制桿控制發(fā)動機(jī)和螺旋槳的技術(shù)，使得飛行員能夠像駕駛噴氣式飛機(jī)一樣來駕駛Denali飛機(jī),。

在發(fā)動機(jī)內(nèi)部,，燃燒室和許多結(jié)構(gòu)元件通過3D打印技術(shù)來完成,，這帶來更簡潔、更輕和更緊湊的發(fā)動機(jī),，具有最佳的16:1的工業(yè)級總壓力比（OPR ）,。與競爭對手相比，這使其能夠節(jié)約15％的燃料（僅僅通過設(shè)計提高的燃料燃燒效率帶來的節(jié)約）和提高10％的巡航功率,。
總的來說,，3D打印技術(shù)完成了目前Denali發(fā)動機(jī)最關(guān)鍵的部件，包括ATP的動力齒輪箱,。不僅如此,，3D打印技術(shù)還使得設(shè)計工程師能夠采用以前無法使用的材料組合，包括新的合金,。

3D打印技術(shù)也用于設(shè)計和生產(chǎn)ATP燃燒器,，其圍繞式逆流配置，從而最大限度地縮短發(fā)動機(jī)長度,，同時改善整體發(fā)動機(jī)的重量和安裝,。并且3D打印還以更低的成本使得工程師對大量的設(shè)計概念進(jìn)行原型制造和功能測試，這一過程如果通過傳統(tǒng)的常規(guī)制造過程將耗費過高的時間和成本,。
此外,，ATP發(fā)動機(jī)的開發(fā)團(tuán)隊來自世界各地，包括GE位于意大利,、波蘭,、德國和捷克共和國。ATP發(fā)動機(jī)的正式生產(chǎn)將于明年開始,，搭載ATP發(fā)動機(jī)的Cessna Denali預(yù)計在2019年底將從跑道起飛,。

2.3D打印創(chuàng)造新世界
3D打印技術(shù)出現(xiàn)前，我們想象不到也從未體驗過三維物體被打印出來的奇妙感覺,。而現(xiàn)在,，這一切都近在眼前。

近日,，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室發(fā)明了全新碳纖維3D打印技術(shù),，通過他們開發(fā)出的全新微擠出技術(shù)成功實現(xiàn)了航空級碳纖維復(fù)合材料的3D打印，該實驗室成為全球最先取得這一成就的機(jī)構(gòu),。眾所周知,，碳纖維被稱為“未來的超級材料”，強(qiáng)度非常高,，但重量卻很輕,，同時具備極高的耐熱性和極佳的導(dǎo)電能力，所以在很多方面都大有用武之地,，但將它制成復(fù)雜形狀卻不容易,。這項新技術(shù)成功擺脫了束縛,，能夠打印出高性能飛機(jī)機(jī)翼、單側(cè)絕緣衛(wèi)星組件以及絕緣可穿戴設(shè)備等,。

除了能印出航空航天領(lǐng)域的高精度組件外,，3D打印技術(shù)還能實現(xiàn)重金屬的打印。此前,，德國聯(lián)邦教育研究部就與全球知名的機(jī)器人制造商合作啟動了一項新的金屬3D打印項目,。此項目會重點研究激光金屬沉積技術(shù)，然后將其與工業(yè)級機(jī)械臂融合,，最終開發(fā)出一種能在復(fù)雜表面打印多種材料,、打印速度達(dá)到每小時1至2千克的更強(qiáng)金屬3D打印系統(tǒng)。

在醫(yī)療領(lǐng)域,，3D打印技術(shù)也能為人們做出貢獻(xiàn),，可謂骨折病人的“福音”。日前,，世界首款3D打印用低溫?zé)崴苄院牟脑谟�國問��,。英國某公司研發(fā)出了世界上第一款可以3D打印用低溫?zé)崴苄院牟�,，可以使骨折病人的傷病處理狀況得到改善,。這種化合物在一定溫度時可以重新變成合適的形狀，而這種變形在人體溫度下不會發(fā)生,。醫(yī)生可以利用這種增材制造的方式為病人打印假體,、夾板等醫(yī)用設(shè)備，并可以為特殊病人進(jìn)行定制,，確保病人有安全舒適的體驗,。

打印玩出新花樣，3D離我們的生活不再遙遠(yuǎn),。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,，3D打印將被應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域，創(chuàng)造更多價值,。

來源：國際金屬加工網(wǎng)
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