3D打印进入喷气时代

编译 程梦瑶

3D打印进入喷气时代

澳大利亚莫纳什大学在今年2月份举办的澳大利亚国际航空展上展示了世界上首次运用3D打印技术制造的飞机引擎（被称为辅助动力装置）。这项制造业的技术突破将促使飞机引擎更廉价、轻便、节能。

编者按

发端于上个世纪90年代的3D打印技术，在进入21世纪以后呈现出井喷式的发展态势。依托于增量制造技术，3D打印在工业设计、建筑、汽车、航天航空、医疗、教育、地理信息等领域都展开了广泛的应用实践。

2014年12月7日，中国首台航天3D打印机用钴铬合金材料打印的航空发动机叶轮横空出世。或许在未来，只需运送一台3D打印机到太空，航天员就可以在太空自主打印所需的物品。在今年2月份举办的澳大利亚墨尔本国际航空展上，展出了两台运用3D打印技术制造的飞机引擎，这是世界首台3D打印的飞机引擎。

虽然在中国3D打印还处于初级阶段，整体产业体量还较小，被认为是有钱人才玩得起的“高级玩具”，伴随着人类无穷无尽的想象力和创造力，在不远的将来，3D打印将走进你我家中。

在世界范围内十分流行的3D打印使增量制造技术变得家喻户晓，但它不可能在短期内取代可以用于批量生产的金属加工技术。

超越传统的增量制造技术

增量制造技术也叫快速成型技术(Rapid Prototype)，诞生于20世纪80年代后期,区别于利用车削铣磨等传统加工方法的制造技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术, 被认为是近20年来，制造领域的一个重大成果。

增量制造技术是基于材料累加原理的快速成型操作过程,实际上是逐层叠加制造零件，可以形象化理解成一整条面包的结构是一片面包落在另一片面包之上一层层累积而成的。

对于定制化的应用而言，即便是需要满足严格的工程技术要求，或是需要保证产品在“容差”范围内，增量制造技术仍然会以惊人的速度取代传统方式。

通过逐层打印的方式构造机器的零部件意味着，在构造复杂的形状时，比打造一块金属更简单，并且可以移除不需要的部分。这样也可以减少浪费。

草动知风向，这项最新的技术目前来自两个地方。

英国著名的航空发动机公司罗尔斯·罗伊斯（Rolls-Royce）正在测试利用3D打印技术生产商业喷气飞机的零部件。位于澳大利亚墨尔本的莫纳什大学的研究小组已经按照这种方式创建了一个完整的、小型的发动机。

3D打印引入航空领域

罗尔斯·罗伊斯公司的计划是使用3D打印技术构建Trent xwb-97（罗尔斯·罗伊斯研发的涡轮风扇系列发动机）发动机前轴承座。

Trent XWB-97的前轴承座，轴承座包括48片机翼叶，能将空气引入飞机的压缩机。它的直径为1.5米，长度为0.5米，由钛和铝的合金构成。

罗尔斯·罗伊斯公司的增量制造部门由尼尔·曼特尔领导，工程师一直在试验用3D打印技术来完成Trent系列发动机轴承座的生产，打印的材料是电子束熔化粉末合金。该合金经过熔融、固化最后被打印成相应的结构。

在实地测试中，结果令人满意，但需要等到装有3D打印引擎的飞机实地起飞后，才能证明这项测试是否完全成功。罗尔斯·罗伊斯公司将在今年下半年进行实地飞行试验。

3D打印制造飞机引擎

澳大利亚莫纳什大学在今年2月份举办的澳大利亚国际航空展上展示了世界上首次运用3D打印技术制造的飞机引擎（被称为辅助动力装置）。

它可以发电，还可以帮助启动飞机的主发动机。尽管和其他喷气式发动机的设计原理相同，旨在对飞机产生助推力，但它确实能起到作用。

这项制造业的技术突破将促使飞机引擎更廉价、轻便、节能。研究人员计划，在未来一年内对3D打印的引擎零件进行飞行测试，并在两到三年内将其应用于商业领域。

澳大利亚莫纳什大学增量制造技术中心主任吴新华，与她的同事们根据法国一家名为赛峰微型涡轮发动机公司（Safran Microturbo）提供的模型构建液压动力单元，他们正在建立基于3D打印技术的合作项目。

他们利用激光而不是电子束来实现熔融，打印的部件是由钛、镍和铝的合金制成，长为60厘米，直径40厘米，重量38千克。

目前还不能完全确定这台利用3D打印技术制造的引擎是否能够使用，但测试计划已经在有条不紊地进行中。

不再是小玩意儿

“这是一个证明我们可以做什么的机会。”吴新华教授说。

“但是，当我们仔细审视这项计划时，我们会认识到，这种发动机的制造方法已经发展了许多年。所以我们可以把发动机进行拆解，并扫描其组件。然后，我们可以利用3D打印出两份复制品。”

与罗尔斯·罗伊斯公司类似，赛峰微型涡轮发动机公司并不打算打印整个发动机。但某些部件，比如中心轴，使用这种技术则更加便利。两家公司纷纷表示对3D打印技术充满兴趣，在不久前还被许多人看作是小玩意儿的3D打印技术，现在—已经开始准备承担一些重要任务了。

来源：《The Economist》（《经济学人》2015年3月刊)

3D打印行业应用案例

3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。

无人机：美国国防部用于巡航的3D打印无人机，速度为每小时40英里，续航能力达45分钟。

牙科：为了更加适配个人的牙床和口腔特点，科学家通过3D打印打造牙齿固位器、牙桥和牙套等牙科用品。

骨架：通过CT扫描了解病人的骨架，然后利用3D打印技术为病人构建一副新骨。

枪支：全球首款完全利用3D打印技术制造的手枪Liberator，在前年引起一时轰动。虽然被美国政府部门叫停，毕竟3D打印文件上传网络后，每个人都可以成为手枪制造商。