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盐城3D打印:3D打印技术应用到航空航天领域

更新时间: 2019-08-12 11:13:44  查看次数: 407    
3D打印技术已成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术,其在航空航天领域的应用范围不断扩展。国外企业和研究机构利用3D打印不仅打印出了飞机、导弹、卫星、载人飞船的零部件,还打印出了发动机、无人机、微卫星整机,在成本、周期、重量等方面取得了显著效益,充分显示了3D打印技术在该领域的应用前景。

在零部件级方面,空客公司采用3D打印技术生产了超过1000个飞机零部件,其中用于A350XWB宽体飞机的舱体支架获得“2014年德国工业创新大奖”;美国空军第552空中控制联队利用Fortus 400mc 3D打印机成功打印出飞机座椅扶手的塑料端盖,并首次获得批准将其应用于E-3预警机,通过3D打印实现该部件的单位成本由8美元降低至2.5美元;美国Aerojet Rocketdyne公司利用3D打印制造了首批12个“猎户座”载人飞船喷管扩张段,制造时间比传统制造工艺技术缩短了约40%;俄罗斯托木斯克理工大学(TPU)设计并制造的首枚外壳由3D打印的CubeSat纳米卫星Tomsk-TPU-120于2016年3月底搭载进步MS-02太空货运飞船被送往国际空间站;美国海军在2016年3月进行的“三叉戟”II D5潜射弹道导弹第160次试射中成功测试了首个使用3D打印的导弹部件——可保护导弹电缆接头的连接器后盖,使该零件的设计和制造时间缩短了一半。

在整机级方面,美国太空探索技术公司火箭实验室发布了一台用于低成本太空旅行的3D打印世界首款电动火箭发动机——Rutherford电动发射系统,采用该系统可将火箭发射成本由传统燃料火箭发射的1亿美元降至490万美元;英国南安普顿大学利用增强型ABS塑料打印出了一款成本仅为数千美元的小型无人机(Sulsa),俄罗斯Rostec公司也推出3D打印的多用途两栖无人机,该无人机重3.8千克,翼展为2.4米,飞行速度可达100千米/小时,续航时间长达1.5小时,从概念到原型仅花费两个半月,生产时间约为31小时,费用不到20万卢布(约合3700美元)。

当前,随着3D打印技术应用深度不断加大,围绕装备维修与保障,在维修基地、空间站、战场前沿等供应链“前端”部署3D打印的趋势愈加明显,这无疑将改变现有的装备维修模式与保障体系。

一是在维修基地或装备保障体系中增加3D打印技术部署,一方面在国防预算日益吃紧的情况下推动成本节省的同时,还可以减少对由于国家之间政治关系紧张时无法被本国使用的国外零件的依赖,即替代进口。例如,韩国空军利用3D打印技术制造其F-15K战斗机喷气发动机的高压涡轮机盖板,将成本从4000万韩元(3.4万美元)减少到300万韩元,采购时间比原来的60天减少一半以上,还通过3D打印将欧洲制造的运输机扬声器罩的制造周期由7个月减少至4~5小时,成本从621美元降低至35美元。另一方面,还可打印老旧或已停产零部件,提高军事基地维护飞机的能力。例如,位于美国俄克拉荷马州Tinker空军基地的空军后勤中心(OC-ALC)正在利用3D打印技术优化工作流程,通过3D打印飞机发动机零部件和现代电子元器件,维护B-52战机的战斗力。

二是在空间站应用3D打印技术,实现在太空3D打印制造,需将原材料运送至国际空间站按需打印。美国太空制造公司已开发出可在真空环境中使用的3D打印机,并于2014年8月将其运送至国际空间站,宇航员不仅打印了3D测试件,还打印了功能结构件。虽然太空3D打印技术在国际空间站外实际使用仍面临诸多挑战,包括如何保证被打印的物体在太空中阳光直射下具有较长使用寿命,以及如何控制打印过程中温度变化等问题,但仍引起了美国NASA的重视。

三是将3D打印技术部署在战场前沿,实现直接在战场上打印零部件,删减由再制造基地制造零部件,然后运送到仓库,再安装到某个组件里或运送到战场中使用的中间过程环节,达到在最需要零部件的地方直接准确地满足所需的目的。目前,美国国防后勤局正委托后勤管理研究所开展3D打印技术应用咨询,研究利用3D打印技术缩短军队供应链,减少库存,降低后勤保障成本。美国海军已启动“舰上打印”项目,开发零件打印、资格认证以及零件交付等一系列程序,评估可用于军事用途的各种3D打印技术与材料,以达到在海上舰艇中制造飞机零部件的目标。近年来,美军已使用3D打印技术打印出了油箱盖、医疗用品等较为简单的产品。