增材制造技术在航空航天领域应用

    中国航天科工三院，张红文院长提出，在航天生产领域，信息化、体系化、系列化、高效与精准打击等方面的发展需求，对航天产品的性能、效能、可靠性、经济科承受性、研制周期、绿色环保等要求也越来越高，对增材制造的技术需求，特别是在航天产品中内部轻量化异型精密构件、中小型超复杂薄壁带型腔构件、支撑骨架+外表蒙皮的复杂结构件、舱体骨架梁框类等大型主承力整体构件4大类产品，尤为迫切。

    张红文院长介绍了航天科工集团增材制造应用实践：

    一是增材制造推动产品设计创新，使产品结构一体化，可将数十个、数百个甚至更多零件组装的产品进行一体化设计，3D打印一次制造出来，大大简化了制造工序；可使结构更加紧凑，各个结构集成的同时大大减少了质量与体积；可节约制造和装配成本，消除装配误差。使结构功能一体化，通过最合理的复杂内流道结构实现最理想的温度控制手段，通过不同材料复合实现同一零件不同部位的功能需求，进而实现同一零件不同部位承受不同的应力状态，更理想的温度控制和更优化的力学结构。通过最优化的结构设计来显著减轻金属结构件的重量，从而节约昂贵的航空材料，降低加工成本，可实现载荷的均匀分布，提升产品在复杂工况条件下的可靠性与稳定性，实现结构重量占比的大幅下降。

    二是推动传统制造技术转型升级，通过激光组合制造技术改造升级传统制造技术，实现复合加工形成最佳的制造策略，可以在铸造、锻造和机械加工等传统工艺技术制造出来的零件上，任意添加精细结构，并且使用其具有与整体制造相当的力学性能，同时激光增材制造技术可以制造毛坯，而后用建材制造的方法进行后处理。

    三是开发系列化增材制造专用材料，目前金属3D打印技术的首要应用领域是航空航天工业，对现有材料的3D打印适应性研究主要针对的是航空航天材料，如高性能钛合金、高温合金、超过强度钢以及铝合金等。随着3D打印技术的发展，钴合金、铜合金、复合材料、梯度材料、非晶合金等材料的增材制造应用将越来越广泛。     

    增材制造技术在大型民机上的应用

    中国商飞增材制造技术应用研究中心主任，张嘉振主任提出，民用商业飞机的增材制造技术有三大需求。

    一是创新设计需求，3D打印技术正在改变民用机的设计思维，在设计自主性和环保方面的优势，使其在飞机制造业中的地位日益重要。对于3D打印技术应用于航空领域，已经不再是局限于是便宜还是快的讨论层面，而是研究整体性能和经济效益的提升所带来竞争力的提升。

    二是，快速设计验证需求，缩短设计周期，在工业设计阶段，3D打印技术低成本快速成型的特点可弥补传统工艺制作周期长，成本高的问题，设计师可以随时打印出设计模型验证设计效果。简化加工过程，可直接加工出部分结构较为复杂的非受力件或受力件、舱门装饰件等，简化加工过程。

    三是，快速客户响应需求，如果能够利用3D打印的快速加工特性，在现场或附近快速制造出所需航材，那么客户的AOG航材需求将能够迅速满足。3D打印不仅可用于批量制造飞机零部件、生产飞机维修所需的航材，而且可以利用其快速加工的特性，对现场缺少而又无法短期内采购到位的航材进行现场制造，保障航材紧急需求。在民航维修领域，利用3D打印技术开发飞机结构和部件修复方法，提供快速、低成本维修，缩短飞机维修停场时间，降低维修成本。另外，还可以根据维修工作需求和经验，利用3D打印技术开发飞机维修所需的特殊工具、加工等效替代工装，提高飞机维修工作效率、降低维修成本。