肖升利

摘 要：3D打印技術(shù)是一種非常先進的技術(shù)，將這種技術(shù)應(yīng)用在航天制造領(lǐng)域中的時候，能夠有效降低成本，縮短制造的周期，另外，這種技術(shù)還能夠有效提升零部件性能，因此，值得在航天制造領(lǐng)域廣泛推廣。文章針對3D打印技術(shù)，先介紹了3D打印技術(shù)的分類，接下來結(jié)合具體實例介紹了3D打印技術(shù)在航天制造中的應(yīng)用，希望文章中對于3D打印技術(shù)與航天制造之間關(guān)系的介紹能夠得到相關(guān)人員的借鑒。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 航天制造 應(yīng)用

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0013-02

3D打印技術(shù)又被稱作增材制造技術(shù)，這種技術(shù)利用了先進的材料以及信息網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)字模型為基礎(chǔ)進行材料的逐層堆積，通過這種方式制造出實體的物品。3D打印的過程主要分為兩個階段：第一個階段指的是利用計算機等技術(shù)進行3D模型的開發(fā)，在此之后，可以依照3D模型，利用特定材料，進行實體物品的打印。3D打印技術(shù)無需模具，生產(chǎn)方便，適合批量制造。目前3D打印技術(shù)在各個領(lǐng)域都有不小的發(fā)展，下面將具體介紹其在航天制造中的應(yīng)用。

1 3D打印技術(shù)分類

3D打印技術(shù)分為3個方面的內(nèi)容，下面將就這3個方面進行具體的說明。

1.1 激光熔覆

3D打印技術(shù)中的激光熔覆技術(shù)通過大功率激光器的使用來實現(xiàn)金屬零件制造的目的，而激光熔覆技術(shù)進行實體打印的原理在于利用大功率激光器以及同軸環(huán)形粉末噴嘴，保證激光的作用點和粉末的匯聚點之間能夠重合，在重合以后，可以進行噴嘴的移動，或者調(diào)整工作臺，這樣就可以得到致密的熔覆實體了[1]。然而這種技術(shù)的劣勢在于無法保證打印出的材料的精度，打印出材料后需要進行進一步的精加工，在此之后才能進行使用。

1.2 選區(qū)激光燒結(jié)

選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)一般利用到了50W的激光器，其打印的原理在于先進行有機粘接材料或者是低熔點金屬的包覆，接下來對選區(qū)進行激光照射，照射后，粘接材料或者是低熔點的材料就會熔化，然而其包裹著的金屬粉末不會熔化，這樣就能形成三維實體[2]。利用這種技術(shù)制造出的材料密實度較差，若需要繼續(xù)使用，就要滲入金屬進行空隙的填補或者是進行高溫重熔。

1.3 選區(qū)激光熔化

選區(qū)激光熔化是在選區(qū)激光燒結(jié)的基礎(chǔ)上進行了進一步的改進而發(fā)展出來的一種技術(shù)，這種技術(shù)與選區(qū)激光燒結(jié)的不同之處在于它將包覆著的金屬粉末也熔化掉了。經(jīng)過這種技術(shù)打印出來的成品無需進一步加工，只要進行簡單拋光或表面處理就可以投入使用了[3]。而選區(qū)激光熔化又可以分為鋪粉式和送粉式，兩種方式的區(qū)分是依照不同的粉末傳輸方式來進行劃分的。

2 3D打印技術(shù)在航天制造的應(yīng)用

2.1 零部件到整機型的應(yīng)用

3D打印技術(shù)因為其自身材料制造上的巨大優(yōu)勢而被國家重視，在軍事等領(lǐng)域都大力支持其發(fā)展。而在航天制造領(lǐng)域，它的應(yīng)用范圍也在不斷擴充，除了進行一些零部件的打印之外，它還能實現(xiàn)一些整體機型的打印，打印時間短、打印精度高、打印成本低，是非常值得投入使用的。

在零部件階段的應(yīng)用就有很多，例如：美國空軍第552空中控制聯(lián)隊就利用到了3D打印技術(shù)，選取了Fortus 400mc 3D打印機，利用該打印機進行了飛機座椅扶手塑料覆蓋的打印，而打印出的成品目前已經(jīng)被用到了E-3預(yù)警機上，而在這種材料的制造上成本也大大降低了，由過去的8美元降到了目前的2.5美元；空客公司也是3D打印技術(shù)忠實的粉絲，距今，已經(jīng)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了1000多個飛機的零部件，并將這些零部件應(yīng)用到了實體的飛機生產(chǎn)上，利用3D打印在保證了生產(chǎn)的周期成本的同時，還保證了零部件的精度。

在整機型階段也有一些應(yīng)用，例如：美國太空探索技術(shù)公司利用3D打印技術(shù)制造出了一臺電動火箭發(fā)動機，打印出的發(fā)動機使得火箭發(fā)動的成本更為低廉，能夠在經(jīng)濟的承受范圍內(nèi)[4]；另外，俄羅斯的Rostec公司也利用到了3D打印技術(shù)進行了多用途兩棲無人機的打印，而這種打印生產(chǎn)周期短，且生產(chǎn)成本低。

在維修基地或裝備保障體系中增加3D打印技術(shù)部署，例如：韓國空軍就使用3D打印技術(shù)制造出了F-15K戰(zhàn)斗機噴氣發(fā)動機的高壓渦輪機蓋板，這一項技術(shù)對于成本的降低是巨大的，從4000萬韓元減少到300萬韓元，采購以及制造的時間從原先的60多天變?yōu)?0天作用，3D打印技術(shù)，在歐洲的運輸機揚聲器罩的制造方面也有較大貢獻，生產(chǎn)時間從之前的6個月大幅降低到4～6h，生產(chǎn)成本也有單價600美元降低到35美元。另一方面，可以打印出已經(jīng)停產(chǎn)的舊部件，提高自身的軍事維護能力。

在空間站應(yīng)用3D打印技術(shù)已經(jīng)得以實現(xiàn)，將所需要的原材料，通過運輸?shù)姆绞剿偷絿H空間站按需打印。美國太空制造公司已經(jīng)研制出在真空條件下運作的3D打印機，并于2014年8月將其運送至國際空間站，除了將3D測試件進行打印之外，還打印了功能性的結(jié)構(gòu)件。

2.2 3D打印趨于前端部署

在未來，隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴大，3D打印也越來越趨向于前端部署，這種趨勢是非常必然的。而這種趨勢一旦形成，將會對目前的裝配維修等體系產(chǎn)生巨大的沖擊力度。

首先，如果在裝備保障體系或者是維修基地中進行3D打印技術(shù)的戰(zhàn)略部署對目前國防上的意義是非常巨大的，能夠大大減少國防上的開支，減少對國外產(chǎn)品的依賴。例如：韓國空軍將3D打印技術(shù)應(yīng)用到了材料制造上，制造出了F-15K戰(zhàn)斗機可用的發(fā)動機高壓渦輪機蓋板，大大減少了這種材料的生產(chǎn)成本，由4000萬韓元減少到了300萬韓元，而在生產(chǎn)周期的縮短上，意義也是非常重大的[5]。

其次，如果在空間站進行3D打印技術(shù)的部署能夠?qū)崿F(xiàn)太空的按需制造。例如：美國的太空制造公司經(jīng)過不懈努力研發(fā)出來一種可用于太空真空環(huán)境中的3D打印機，而利用這種打印機，宇航員打印出了一些測試見和功能結(jié)構(gòu)件[6]。然而，目前3D打印技術(shù)在空間站部署上進行應(yīng)用時還存在著諸多挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)體現(xiàn)在如何對打印時的溫度進行控制以及保證打印出的物品的壽命之上。

最后，如果在戰(zhàn)場前沿進行3D打印技術(shù)的部署能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場上的零部件打印，這樣一來，相應(yīng)的打印將更為精確。例如：美國國防后勤局就在進行3D打印技術(shù)的咨詢，希望通過3D打印技術(shù)來起到減少庫存、戰(zhàn)略品精確使用的目的。而美國海軍已經(jīng)利用到了3D打印技術(shù)進行了軍艦上的打印，這樣一來可以實現(xiàn)艦上打印各種飛機零部件，并實現(xiàn)一系列組裝，最終得到實體。

3 結(jié)語

綜上所述，我們可以看出，3D打印技術(shù)因其打印精準(zhǔn)、快速而有著無可比擬的優(yōu)勢，而對3D打印技術(shù)進行分類可以將其分為激光熔覆、選區(qū)激光燒結(jié)以及選區(qū)激光熔化，當(dāng)這種技術(shù)應(yīng)用到航天制造的領(lǐng)域中時，不管是零部件打印還是整機型的打印都非常方便快捷，且打印的質(zhì)量很高，而在未來，3D打印技術(shù)將越來越趨向于前端部署，在航天制造領(lǐng)域的發(fā)展將不可限量。

參考文獻

[1] 薛芳，韓瀟，孫東華.3D打印技術(shù)在航天復(fù)合材料制造中的應(yīng)用[J].航天返回與遙感，2015，36（2）：77-82.

[2] 賈平，李輝，孫棕檀.國外3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].國際太空，2015（4）：31-34.

[3] 張楊陽，胡宇凡，萬欣宇.3D打印技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的發(fā)展探究[J].電腦編程技巧與維護，2015（9）：89-90.

[4] 林一平.航天科技創(chuàng)新與3D ITEP技術(shù)（上）[J].中國航天，2014（5）：323.

[5] 譚立忠，方芳.3D打印技術(shù)及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2016（4）：1-7.

[6] 楊佳文.3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國際太空， 2015（9）：50-55.