3D打印技术在航天制造中的应用

肖升利

摘 要：3D打印技术是一种非常先进的技术，将这种技术应用在航天制造领域中的时候，能够有效降低成本，缩短制造的周期，另外，这种技术还能够有效提升零部件性能，因此，值得在航天制造领域广泛推广。文章针对3D打印技术，先介绍了3D打印技术的分类，接下来结合具体实例介绍了3D打印技术在航天制造中的应用，希望文章中对于3D打印技术与航天制造之间关系的介绍能够得到相关人员的借鉴。

关键词：3D打印技术 航天制造 应用

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0013-02

3D打印技术又被称作增材制造技术，这种技术利用了先进的材料以及信息网络，以数字模型为基础进行材料的逐层堆积，通过这种方式制造出实体的物品。3D打印的过程主要分为两个阶段：第一个阶段指的是利用计算机等技术进行3D模型的开发，在此之后，可以依照3D模型，利用特定材料，进行实体物品的打印。3D打印技术无需模具，生产方便，适合批量制造。目前3D打印技术在各个领域都有不小的发展，下面将具体介绍其在航天制造中的应用。

1 3D打印技术分类

3D打印技术分为3个方面的内容，下面将就这3个方面进行具体的说明。

1.1 激光熔覆

3D打印技术中的激光熔覆技术通过大功率激光器的使用来实现金属零件制造的目的，而激光熔覆技术进行实体打印的原理在于利用大功率激光器以及同轴环形粉末喷嘴，保证激光的作用点和粉末的汇聚点之间能够重合，在重合以后，可以进行喷嘴的移动，或者调整工作台，这样就可以得到致密的熔覆实体了[1]。然而这种技术的劣势在于无法保证打印出的材料的精度，打印出材料后需要进行进一步的精加工，在此之后才能进行使用。

1.2 选区激光烧结

选区激光烧结技术一般利用到了50W的激光器，其打印的原理在于先进行有机粘接材料或者是低熔点金属的包覆，接下来对选区进行激光照射，照射后，粘接材料或者是低熔点的材料就会熔化，然而其包裹着的金属粉末不会熔化，这样就能形成三维实体[2]。利用这种技术制造出的材料密实度较差，若需要继续使用，就要渗入金属进行空隙的填补或者是进行高温重熔。

1.3 选区激光熔化

选区激光熔化是在选区激光烧结的基础上进行了进一步的改进而发展出来的一种技术，这种技术与选区激光烧结的不同之处在于它将包覆着的金属粉末也熔化掉了。经过这种技术打印出来的成品无需进一步加工，只要进行简单抛光或表面处理就可以投入使用了[3]。而选区激光熔化又可以分为铺粉式和送粉式，两种方式的区分是依照不同的粉末传输方式来进行划分的。

2 3D打印技术在航天制造的应用

2.1 零部件到整机型的应用

3D打印技术因为其自身材料制造上的巨大优势而被国家重视，在军事等领域都大力支持其发展。而在航天制造领域，它的应用范围也在不断扩充，除了进行一些零部件的打印之外，它还能实现一些整体机型的打印，打印时间短、打印精度高、打印成本低，是非常值得投入使用的。

在零部件阶段的应用就有很多，例如：美国空军第552空中控制联队就利用到了3D打印技术，选取了Fortus 400mc 3D打印机，利用该打印机进行了飞机座椅扶手塑料覆盖的打印，而打印出的成品目前已经被用到了E-3预警机上，而在这种材料的制造上成本也大大降低了，由过去的8美元降到了目前的2.5美元；空客公司也是3D打印技术忠实的粉丝，距今，已经利用3D打印技术生产了1000多个飞机的零部件，并将这些零部件应用到了实体的飞机生产上，利用3D打印在保证了生产的周期成本的同时，还保证了零部件的精度。

在整机型阶段也有一些应用，例如：美国太空探索技术公司利用3D打印技术制造出了一台电动火箭发动机，打印出的发动机使得火箭发动的成本更为低廉，能够在经济的承受范围内[4]；另外，俄罗斯的Rostec公司也利用到了3D打印技术进行了多用途两栖无人机的打印，而这种打印生产周期短，且生产成本低。

在维修基地或装备保障体系中增加3D打印技术部署，例如：韩国空军就使用3D打印技术制造出了F-15K战斗机喷气发动机的高压涡轮机盖板，这一项技术对于成本的降低是巨大的，从4000万韩元减少到300万韩元，采购以及制造的时间从原先的60多天变为30天作用，3D打印技术，在欧洲的运输機扬声器罩的制造方面也有较大贡献，生产时间从之前的6个月大幅降低到4～6h，生产成本也有单价600美元降低到35美元。另一方面，可以打印出已经停产的旧部件，提高自身的军事维护能力。

在空间站应用3D打印技术已经得以实现，将所需要的原材料，通过运输的方式送到国际空间站按需打印。美国太空制造公司已经研制出在真空条件下运作的3D打印机，并于2014年8月将其运送至国际空间站，除了将3D测试件进行打印之外，还打印了功能性的结构件。

2.2 3D打印趋于前端部署

在未来，随着3D打印技术应用范围的不断扩大，3D打印也越来越趋向于前端部署，这种趋势是非常必然的。而这种趋势一旦形成，将会对目前的装配维修等体系产生巨大的冲击力度。

首先，如果在装备保障体系或者是维修基地中进行3D打印技术的战略部署对目前国防上的意义是非常巨大的，能够大大减少国防上的开支，减少对国外产品的依赖。例如：韩国空军将3D打印技术应用到了材料制造上，制造出了F-15K战斗机可用的发动机高压涡轮机盖板，大大减少了这种材料的生产成本，由4000万韩元减少到了300万韩元，而在生产周期的缩短上，意义也是非常重大的[5]。

其次，如果在空间站进行3D打印技术的部署能够实现太空的按需制造。例如：美国的太空制造公司经过不懈努力研发出来一种可用于太空真空环境中的3D打印机，而利用这种打印机，宇航员打印出了一些测试见和功能结构件[6]。然而，目前3D打印技术在空间站部署上进行应用时还存在着诸多挑战，这种挑战体现在如何对打印时的温度进行控制以及保证打印出的物品的寿命之上。

最后，如果在战场前沿进行3D打印技术的部署能够实现战场上的零部件打印，这样一来，相应的打印将更为精确。例如：美国国防后勤局就在进行3D打印技术的咨询，希望通过3D打印技术来起到减少库存、战略品精确使用的目的。而美国海军已经利用到了3D打印技术进行了军舰上的打印，这样一来可以实现舰上打印各种飞机零部件，并实现一系列组装，最终得到实体。

3 结语

综上所述，我们可以看出，3D打印技术因其打印精准、快速而有着无可比拟的优势，而对3D打印技术进行分类可以将其分为激光熔覆、选区激光烧结以及选区激光熔化，当这种技术应用到航天制造的领域中时，不管是零部件打印还是整机型的打印都非常方便快捷，且打印的质量很高，而在未来，3D打印技术将越来越趋向于前端部署，在航天制造领域的发展将不可限量。

参考文献

[1] 薛芳，韩潇，孙东华.3D打印技术在航天复合材料制造中的应用[J].航天返回与遥感，2015，36（2）：77-82.

[2] 贾平，李辉，孙棕檀.国外3D打印技术在航天领域的应用分析[J].国际太空，2015（4）：31-34.

[3] 张杨阳，胡宇凡，万欣宇.3D打印技术在航空制造领域的发展探究[J].电脑编程技巧与维护，2015（9）：89-90.

[4] 林一平.航天科技创新与3D ITEP技术（上）[J].中国航天，2014（5）：323.

[5] 谭立忠，方芳.3D打印技术及其在航空航天领域的应用[J].战术导弹技术，2016（4）：1-7.

[6] 杨佳文.3D打印技术在航天领域的应用[J].国际太空， 2015（9）：50-55.