3D打印,不只看上去很美
2014-12-22胡杨
□ 胡杨
时下,“3D打印”是个炙手可热的新词。“百度”一下“3D打印”,与之相关的网页达2880万个。事实上,3D打印不仅仅是“看上去很美”,最近发生的几个事例表明,它已经在航天制造业的一些领域,得到实实在在的应用。
据3Ders网站8月31日报道,美国航宇局(NASA)成功地在马歇尔空间飞行中心测试了采用3D打印技术生产的复杂的火箭发动机零件——喷油器。用传统方式生产喷油器,需要单独制造163个喷嘴,然后再组装,但是采用3D打印技术,仅仅需要两个零件即可。马歇尔工程局主任克里斯·森格表示:“这些零件在测试中表现非常出众。”
除了火箭零部件,NASA还在世界上首次尝试使用3D打印技术制造整台仪器。据NASA网站8月7日报道,NASA预计9月底完成一台通过3D打印技术制造的空间望远镜。这款望远镜的光学基座、外管及挡板全部作为单独的结构直接打印而成,将于2015年开展震动和热真空测试。
3D打印技术又称“增材制造”,它不仅可以节省时间和金钱,还能解决一些传统技术无法解决的难题。NASA喷气推进实验室的研究人员开发出一种新技术,可在3D打印单一零部件的过程中,实现从某种金属或合金向另一种金属或合金的过渡。
这一技术有什么价值?简单说来,某些特定的环境需要两边具有不同特性的金属零件,如一边具有高熔点而另一边具有低密度,或者一边具有磁性而另一边没有。针对这样的需求,也可以采用不同的材料单独进行制造,然后再将其焊接在一起,但经过焊接的零部件较为脆弱,在承受压力的时候可能发生断裂,因此无法用于航天器的制造。NASA喷气推进实验室、加州理工学院、宾夕法尼亚州立大学的研究人员展开合作,开发出了一种3D打印方法,使得在零件打印过程中可以更换金属粉末,并可以不断地改变材料的成分,从而解决了这一难题。
除了政府和科研机构,航天企业也成为3D打印技术的大力推动者。
据《航空周刊》7月24日报道,洛克希德·马丁公司希望未来3年一半以上的A2100卫星平台通过3D打印来制造。此前,该公司已经在这方面尝到了甜头。2011年发射的由该公司研制的“朱诺”号木星探测器上,至少有12个支架是由3D打印制造完成。如果用传统工艺,其中有的支架1个便需耗费30个小时,而增材制造能在1天内生产出300个同样的部件并且结构完好。目前,A2100推进系统是该公司增材制造的重点,其目标是将生产燃料箱的时间从18个月缩短到几周。
美国太空探索公司也是3D打印技术的积极实践者。美国太空探索公司已经使用3D打印技术制造出耐用的高性能火箭部件。美国太空探索公司新近发射了一枚装配3D打印氧化剂真空管管体的“猎鹰”9火箭,在低温与高频率震动环境下,管体运行良好。
当然,目前的3D打印技术还处于应用的初级阶段,离普遍应用还有很远的距离,而且它也并非万能。例如,有人希望3D打印能够在空间轨道上制造备件和工具,以大大降低航天运输成本,但是美国国家研究委员会(NRC)新发布的一份报告中指出,现在就得出3D打印技术能够显著提升太空作业能力的结论还为时过早。NRC主席表示,大众媒体对这项技术过于夸大了。对于在太空中的应用,该技术或许能够提供新的功能,但它目前仅仅是工具箱中的一种工具,而不是一个能够应对恶劣太空作业环境和制造难题的神奇解决方案。它在太空中的应用,目前还是非常有限的。
无论如何,3D打印技术确实为未来的航天制造业描绘了一幅可能出现的美好图景。3D打印会给航天技术带来一场革命性变革吗?让我们拭目以待。