增材制造在航空领域的发展现状

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1、增材制造技术将在航空领域得到更大发展摘要：增材制造是一种利用三维模型数据，通过金属、聚合物、复合材料、陶瓷以及电子材料等材料的逐层累加，直接制造生成零件的材料连接成形技术。本文介绍了增材制造在航空领域的发展现状和应用中面临的挑战。关键词：增材制造快速原型技术3D打印航空增材制造是一种利用三维模型数据，通过金属、聚合物、复合材料、陶瓷以及电子材料等材料的逐层累加，直接制造生成零件的材料连接成形技术（以前也称作快速原型技术、3D打印技术等），与传统的去除材料的加工方法正好相反。应用增材制造技术可以大幅降低工装需求，减少材料消耗，缩短制造时间，

2、它还可以成形常规方法无法实现的新颖零件和复杂结构，可能引起产品在设计和制造上的重大变革。美国《航空周刊》在2012年5月将增材制造技术列为应注意的尖端技术（TopTechnologiestoWatch）之首。自上世纪80年代中期起，美欧等国开发出了一系列的增材制造技术，按材料物理属性可分为液体基（如立体印刷成型）、粉末基（如粉末层激光烧结、电子束溶解、喷墨沉积）和实体基（如熔融沉积成型、超声凝固）三类。增材制造在航空领域的应用首先始于制造风洞模型和工装夹具，后来扩展到一些结构件，但因种种原因始终没有得到业界的普遍认可。近年来，美欧等国对增

3、材制造在航空领域应用潜力的挖掘工作力度不断加大，对其经济可承受性的研究也越来越多，美国更是在打造国家制造创新网络的计划中大力扶持增材制造技术，预示着这项技术将迎来一个蓬勃发展的新阶段，其在航空领域的应用将更加广泛。1增材制造在航空领域的发展现状增材制造在产品设计和制造上的革命性潜质，能够满足航空与国防工业对于结构件的整体化轻量化要求，波音、洛·马、诺·格等承包商率先在军用飞机产品研制和生产中应用了该技术，应用范围包括快速研制保障、辅助工具支持、实体零件生产三个方面。在实体零件生产方面，增材制造技术的推广速度缓慢，不过近年来EADS、GKN

4、、GE、罗·罗等企业也相继进行了一系列尝试，试图拓展这项技术在航空领域的应用。波音在X-45、X-50无人机、F-18、F-22战斗机项目中应用了立体印刷成型、选择性激光烧结、电子束溶解、熔融沉积成型等多种增材制造技术。快速研制保障方面，主要制造了X-45风洞模型、逆向工程快反成形件、设计/配合校验件等；辅助工具支持方面，主要制造了钻孔辅助工装、修整夹具、F-22地面保障方向舵锁等；实体生产方面，主要制造了F-18环控系统管道、X-50致动铰链整流罩、枢轴臂零件等。目前，波音在其军民用的10个平台上应用了200多个增材制造的零件，而且在大

5、型增材制造机床的开发上也与英国大学和机床制造商进行了合作研究。波音甚至还有一套为增材制造项目量身定做的技术成熟度等级（TRL）指南，将设计、材料、制造、质量、成本、耐久性、保障性等作为重要指标。洛·马P-175无人机研制中，复合材料零件的增材制造是一个亮点，即让碳纳米管和基体粉末在输送过程中由激光烧结成型，而全机仅200个主要的复合材料零件。目前，洛·马还准备在F-35项目中引入经由小企业创新研究（SBIR）计划验证的增材制造技术，2012年4月，洛·马宣布将与Sciaky公司合作把电子束直接制造技术推广到F-35钛合金零件的制造中。未来

6、洛·马还可能与3D系统公司合作把高温激光烧结技术推广到F-35复合材料零件的制造中，这两个举措将是增材制造技术在航空领域应用所迈出的一大步，《华尔街日报》认为这可能重新定义航空制造并显著提高其水平。EADS正在追赶它的美国竞争对手，继为F1赛车提供增材制造零件、用喷墨沉积技术制造出一辆自行车之后，EADS使用增材制造技术生产的第一个零件也于2011年飞上天空，该零件替代了原来6个零件装配的结构。在与庞巴迪公司合作的一项研究中，空客在A320上应用这项技术制造钢和钛合金发动机短舱铰链，通过验证减重60%，而强度没有损失；在与Altair公司

7、的另一项研究中，空客对A380的13根翼肋进行优化设计后，通过增材制造技术将它们生产出来，结果显示成功减重500kg。目前，EADS和GKN公司正在英国菲尔顿研究中心联合进行增材制造技术在航空领域的市场化工作。由于钛合金、钴铬合金和镍合金等非常适用于增材制造，故发动机厂商也在尝试增材制造技术，GKN就采用粉末层烧结技术为罗·罗制造了一个零件用于试验。在一款新型涡轮叶片激光打孔工艺的开发中，GE航空利用喷墨沉积、立体印刷成型和直接金属激光烧结技术制作工装和试验件，即节省了时间，也降低了风险，实现了制造成熟度等级（MRL）的平稳提高。为了更进

8、一步地开发最新的增材制造技术，GE全球研发中心还于2011年成立了增材制造研究室。2012年7月，GE航空、代顿研究大学以及Stratasys、PolyOne等公司启动了一项联合研究项目，为G