3D打印技术在空军航材保障中的探索

王骏 叶平 吴胜 俞国平

（中国人民解放军95275部队 广西柳州 545005）

3D打印技术在空军航材保障中的探索

王骏 叶平 吴胜 俞国平

（中国人民解放军95275部队 广西柳州 545005）

3D打印技术应用于航空装备维修保障领域将可能带来“备件资源储备型供应”向“器材三维数字模型数据型储备”的装备维修保障模式变革。空军航材系统作为空军飞机的备件供应单位应该紧盯3D打印技术的发展动态，深刻思考该技术应用所能带来的保障模式转变，以高度关注的姿态和积极主动的作为推进3D打印技术在航材保障中的应用。

3D打印技术；空军航材保障、航空装备维修保障

1 引言

当前，3D打印技术作为一项前沿创新制造技术正飞速向前发展。军事装备生产及备件保障作为3D技术研究应用的重要领域，技术发展尤为迅猛。空军航材系统作为空军飞机的备件供应单位应该紧盯3D打印技术的发展动态，深刻思考该技术应用所能带来的保障模式转变，以高度关注的姿态和积极主动的作为推进3D打印技术在航材保障中的应用。

2 3D打印技术简介

3D打印技术与传统制造采用“自上而下”的切削加工技术截然不同。其采用“自下而上”的制造技术，也就是通常所说的增量制造技术或分层制造技术，制造原理简单描述为：打印机智能端对需要加工的物体的三维模型数据进行逐层分切，然后依序打印分切得到的每一层结构，如此连续打印叠加每层材料后最终形成三维数据模型的对应实体。3D打印制造完成了物体三维数字模型到实际产品的转化，加工过程省时、省力，材料浪费少，更重要的是它逐层增材堆积成型的加工过程展现了很高的柔性，通过该技术可以制造传统加工工艺难以想象的复杂空间结构体。

目前3D打印制造的实际设计生产过程如下：首先通过计算机软件进行需加工物体的三维建模，这类计算机软件国内主要有CAD、中望3D、CAXA等；然后3D打印机读取三维模型的横截面信息，通过打印机的数控成型系统将诸如液体状、粉末状或者丝状的塑料、陶瓷、金属等材料在横截面上“打印”，如此将所有三维模型的横截面都打印叠加，最后就加工出实体产品。当前技术下，上述“打印”基本方法大致包括高分子聚合反应为基本原理的方法和以烧结、熔化为基本原理的方法。具体的有微滴挤喷法（包括丝状材料选择性熔融堆积法和光敏树脂紫外光固化法等）、基于高能束法（包括粉末材料选择性激光烧结法和金属丝状材料选择性电子束熔化成型法等）。

3 国内外3D打印技术在航空装备制造和装备维修保障中的成果介绍

航空部附件制造存在材料昂贵、结构复杂、品种多样通常又批量较少的问题，这些问题恰恰是3D打印技术的所能较好解决的，当前国内外在航空装备制造和装备维修保障中已有很多成功的应用实例。

2015年11月3日我国国产大飞机C919大型客机总装下线，该飞机被誉为我国建设创新性国家的标志性工程。C919飞机采用了基于激光烧结技术的3D打印技术生产加工了中央翼缘条，另外该飞机发动机吊挂、舱门等许多部附件都是3D打印技术制造完成。我国目前已经利用基于激光烧结的3D打印技术制造了30多个品种的飞机部附件，已经在运-20、歼-15、歼-20、歼-31、ARJ21 等多机型中应用。

美国在航空装备制造中已采用了选择性激光烧结、电子束熔接、熔融沉淀成型的3D打印技术为X-45、X-50、F-22、F-35、F-18、波音787客机等多个机型制造了300多种关键部附件，如X-50飞机作动筒整流罩、F-18飞机环控管道等。欧洲方面，空客公司运用3D打印技术为空客A380飞机生产了行李架，为“台风”战斗机制造了空调系统部件等。可以说全世界主要航空器生产商都在3D打印应用这个“大舞台”竞相角逐。

在军用装备维修保障领域，3D打印技术也成崭露头角。据报道，美军曾在阿富汗战场部署了两个“移动远征实验室”。该“移动远征实验室”可在战区利用3D打印技术帮助美军快速打印生产战争所需的一些装备备件和维修工具，有消息称美军通过该实验室完成了GPS接收机等部件的制造。

4 3D打印技术对于航空装备维修保障的影响

美军认为现代战场维修系统的核心是“靠前维修”，即装备维修尽量在战场前沿就地完成。3D打印技术恰恰为这一思想找到了解决途径。可以想见3D打印技术引入航空装备维修领域带来的变化将是革命性的。

4.1 提升航空装备快速维修能力

在战场前沿部署多台3D打印机，通过3D打印现场快速生产加工航空装备所缺的部附件，这种维修保障方式是传统“后送加工、战场前递”维修保障模式无法比拟的，装备保障的终极梦想——“即时性”可以达成。

航空装备维修拆解过程中会遇到很多难以拆解的部位，一旦战争中这类部件损伤将是非常麻烦的。3D打印技术利用飞机该部位的数字模型可以进行原位打印修补，一举就解决该难题。

对于航空装备的损伤零部件，也可以采用3D打印增材再造技术，通过快速建立损伤部位的再造模型进行修补再造，快速恢复其物理性能。

航空维修保障中也常常遇到修理工具不配套的问题，维修保障人员可现场构建工具3D数字模型，或者通过各种手段将所需工具需求传至后方由后方设计人员快速设计出相应工具数字模型，然后传至前方3D打印机进行工具打印。

4.2 推动航空装备维修保障理念的变革

3D打印技术将带来无备件保障理念及前方自给保障理念等。在每个或若干个机组配备3D打印机进行伴随保障，缺材立即打印生产将可能变为现实。

随着3D打印技术的广泛应用，航空器材的供应模式也将发生巨变，传统的“备件资源储备型供应”可能向“器材三维数字模型数据型储备”转变。原来航空备件存储的各类仓库的作用将弱化，转而代之的是备件技术数据存储的器材信息存储中心。

5 直面3D打印技术，空军航材系统应如何应对

空军航材系统是空军各型战机零备件保障的供应单位。掌握了空军各型飞机备件筹措、储备、供应、管理、运输、修理等环节的保障工作，其器材供应形制为“备件资源储备型供应”。随着3D打印技术的快速发展，该技术对航材系统的传统保障模式冲击是不言而喻的，空军航材系统应该直面现实，以积极主动的作为应对冲击。

5.1 紧盯3D打印技术前沿发展及应用动态

3D打印技术誉为“第三次工业革命决定性技术”。作为与装备制造有密切联系的空军航材系统应建立与该技术发展同步的动态关注机制，定期进行情报汇总，让航材系统人员的眼光始终处于3D打印技术的前沿，如此才能与时俱进，把3D技术的动态发展融入到航材保障的创新发展思路中去。

5.2 营造浓厚的学习氛围，加强3D打印技术的人才、知识储备

目前空军航材系统对3D打印技术还缺乏学习研究。航材系统应尽早建立该技术的学习制度，定期组织人员到飞机备件3D打印制造单位学习考察。另外在航材专业相关的研究机构、院校和训练机构应引入和培养3D打印技术方面的专家。这样应对3D打印技术带来的“备件资源储备型供应”向“器材三维数字模型数据型储备”转变的供应模式变革时才能出思路、出办法，更好的为空军发展服务，增强整个系统的生命力。

5.3 努力进行器材三维数字模型的数据储备

目前以空军航材系统的研究制造水平还不足以达成进行器材打印制造。但是作为3D打印制造的重要部分，器材的三维数字模型数据储备工作是可以先期进行的。首先航材系统机关应该设置专人来主抓此事；其次要投入资金建立数据储备中心；然后争取在器材订货的同时要求生产厂家将器材的三维模型一并提供，尤其是对一些紧缺器材要加强收集力度。对于一些进口飞机的紧缺器材要设法收集器材的三维设计数据。

5.4 以数据储备中心为基础建立一支三维建模队伍

目前空军装备的国产新机大多都是数字化设计的，这些飞机器材的三维数字模型是现成的，并不需要另行建模。但是我空军还有大量的二代战机及进口飞机，这些飞机的器材筹措难度越来越大，一些老旧的二代机由于备件生产停止，缺材现象越发严重。至于进口器材特别是进口常耗紧缺器材不但价格昂贵，而且还需看外国人眼色，筹措难度非常大。对于这些“卡脖子”的器材，我们应该积极寻找办法解决，3D打印技术的不断成熟为解决这一影响我空军战斗力生成的矛盾找到了一个突破口。我们认为，空军航材系统应该着手建立一支三维建模队伍，对老旧飞机和进口飞机的紧缺器材、常耗性器材进行数字建模，当然该项工作是一项耗时耗力的基础性工作，但是这项工作的意义却非常之大。通过若干年的建设，数据储备中心的三维器材数据库将是我军一笔巨大的财富，将为我人民空军的战斗力提升提供强大的保障支撑。

5.5 积极寻求合作，先期领先应用

目前3D打印技术应用还鲜见于我军装备保障维修，但美军在这方面已有应用。可以预见3D打印技术引入军事装备保障维修将是大势所趋。目前国内像北京航空航天大学、西北工业大学等单位已经具备了3D打印方面的生产技术，并已成功运用。空军航材系统在一些紧缺器材的筹措方面应该勇敢走出去，与国内技术先进的科研团队合作进行紧缺器材的研制生产尝试，以期探索3D打印技术应用于航空装备维修的创新之路，为未来3D打印技术在军事中的大量应用先期进行探索。

3D打印技术正以难以想见的速度飞快发展，空军航材系统应该紧盯3D打印技术的发展动态，积极进行技术学习和相关实践工作，为建设强大人民空军贡献力量，为新技术条件下的航材保障工作探索新路子、新方法。

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[3]刘铭，张坤，樊振中．3D打印技术在航空制造领域的应用进展[J].装备制造技术，2013（12）.

[4]金大元．3D打印技术及其在军事领域的应用[J].新技术新工艺，2015（4）.

TP391.4

A

1004-7344（2016）10-0036-02

2016-3-6

王 骏（1978-），男，广西柳州人，讲师，主要从事自动化学科教学及计算机、网络管理工作。