3D打印技术在飞机维修上的应用

罗健

摘 要：伴随着我国经济水平的提高，飞机的使用越来越广泛，进而使飞机制造业与维修领域迎来了一个新的发展阶段。为了进一步提升飞机制造业和维修领域的服务质量，飞机维修行业中引进了3D打印技术，这样一来，飞机制造与维修领域的发展可以更加持续、稳定。为了使消费者更加满意现代飞机制造与维修领域的服务，飞机制造企业不断地应用3D打印技术，使3D打印技术在飛机制造行业中的应用越来越成熟。

关键词：3D打印；飞机维修；应用；前景

引言

近些年来，3D打印技术作为一种全新的加工技术，在全世界范围内得到了快速的发展，使传统的生产加工方式发生了极大的改变，特別是在飞机、汽车等领域，3D打印技术的应用显著提高了这些行业的发展水平。但因为3D打印技术在我国飞机维修与制造领域尚处于初级发展阶段，所以一些企业对该技术的应用还存在不到位的情况，需要相关行业对应用中的问题进行优化并有效解决。

1简述3D打印技术

3D打印技术又被称为增材制造技术，它是根据离散/堆积原理利用材料积累的方式来对零部件进行制造的一种加工技术，3D打印技术相比于传统的制造技术来说，它能够借助于计算机来构建出零件的3D模型，并将这些3D模型进行拆分，使其成为具有一定厚度的若干薄片，并通过自下而上的方式来将这些薄片进行叠加成形，以此制作成与3D模型一模一样的三维实体零件。3D打印技术能够有效满足一些加工起来非常复杂的零件制造，并且加工速度非常快速，从而极大减少了零件的制造周期。3D打印技术依据其制作材料与加工方法共分为七类，分别是光固化立体成形、电子束选区熔化成形、金属激光熔融沉积成形、熔融沉积成型、分层实体制造成形、电子束熔丝沉积成形与电子束选区熔化成形。

2飞机维修领域内3D打印技术的应用优势

2.1减轻飞机零件的重量

在航空航天领域中，飞机和飞船是由数量众多的零部件组装而成的，而这些零部件如果重量较大，就会大大增加飞机和飞船的油耗量，这不利于节能效果的实现，并且还会使飞机与飞船的载重量大幅度下降。而通过3D打印技术对飞机进行维修时，可以采用钛合金制造相应的材料，进而降低飞机的整体重量，提高飞机的载重能力，实现轻量化，也能有效降低油耗。

2.2应用3D打印技术可以缩短制造时间

在飞机维修领域中，一些高精度零件出现故障之后，需要进行更换，但这种零件制造起来需要较长的时间，同时还要应用各种加工设备，在零件加工过程中，传统的机械加工方式是利用铣削机床等工具来对零件进行加工的，在零件加工过程中流程不仅非常繁琐，而且极易造成加工出错而导致零件的无法使用，从而浪费了大量的时间，使飞机的维修时间大大延长。而通过3D打印技术来对零部件的制造工艺进行相应的优化，不仅能够降低零部件加工的出错率，还能有效保证零部件的加工精度，极大提高了零部件的加工速度，制造相同的零件，也许传统的加工方法需要半年的时间，而采用3D打印技术，则只需要一个月的时间就能完成相同的工作量，进而大大缩短了现代飞机维修工作的周期。

2.3应用3D打印技术可以优化复杂钛合金构件的加工质量

在航天航空领域中，传统的加工技术在对复杂钛合金构件进行加工与制造时，很难通过锻造与铸造手段进行制作，而通过焊接的方式又会给钛合金造成腐蚀，因此，复杂钛合金零件的腐蚀便成了飞机故障的主要原因之一。通过3D打印技术中的激光钛合金成形技术的应用，不仅能够实现对复杂钛合金构件的加工，避免钛合金发生腐蚀，还能通过叠加技术的应用来节省绝大部分的昂贵材料，并且不需要制做任何专用模具，从而极大程度的节省了加工成本，缩短了加工时间，显著增强了材料的强度。

2.4提高高精度零件的修复效果

激光熔覆技术是3D打印技术的一种，其对飞机的修复产生了直接的影响。涡轮发动机叶片、叶轮和转动空气密封垫等零部件可以通过表面激光熔覆强化得到修复。近年来，激光熔覆技术本身也在不断的发展，2017年，德国某研究机构还开发出超高速激光材料沉积-EHLA技术，这项技术使得定向能量沉积技术所实现的表面质量更高，甚至达到涂层的效果，目前EHLA技术已经迅速的被德国通快商业化。除了激光熔覆技术，冷喷增材制造技术正在引起再制造领域的注意。其中，GE公司就通过向飞机发动机叶片表面以超音速的速度从喷嘴中喷射微小的金属颗粒，为叶片受损部位添加新材料而不改变其性能。除了不需要焊接或机加工就能制造全新零件，冷喷技术最显著的优势在于它能够将修复材料与零件融为一体，恢复零件原有的功能和属性，进而提高了飞机维修工作的质量和有效性。

3飞机维修领域应用3D打印技术时需要注意的问题

作为第三次工业革命制造领域的典型代表技术，3D打印的发展时刻受到各界的广泛关注。而金属高性能增材制造技术（金属3D打印技术）被业内专家视为3D打印领域高难度、高标准的发展分支，在工业制造中有着举足轻重的地位。业内人士认为，航空航天作为3D打印技术的首要应用领域，其技术优势明显，但是这绝不是意味着金属3D打印是无所不能的，在实际生产中，其技术应用还有很多亟待决绝的问题。比如目前3D打印还无法适应大规模生产，无法充分满足高精度需求。此外，制约3D打印发展的一个关键因素就是其设备成本的居高不下，大多数民用飞机企业还无法承担起如此高昂的设备制造成本。但是随着材料技术、计算机技术以及激光技术的不断发展，该技术的制造成本将会不断降低，进而满足飞机维修与制造业对该技术的需求。

4 3D打印技术在飞机维修中的应用前景

随着科学技术的迅速发展。3D打印的概念已经不仅仅停留在工业设计阶段，而是在越来越多的领域实现了应用，因此，3D打印技术在航空装备维修领域也有良好的应用前景。

第一，3D打印技术可以及时打印出出现故障的部件，在未来信息化社会发展的过程中，任何地区的飞机制造企业如果需要更换损坏的部件，就可以利用3D打印机将需要的部件“打印”出来，然后由技术保障人员进行装配，这就可以让飞机重新投入使用。

第二，3D打印技术可以减轻飞机维修行业的后勤保障压力。3D打印应用于飞机维修后，只要计算机中存储有某种物件的计算机辅助设计数据，就可以直接调出、现场生产，实现航材的数字化与柔性化，进而减轻了零部件采购、仓库管理等工作的压力。

第三，3D打印技术适合于单件、小批量零件的生产。这一点对于数量较少的小型号飞机维修工作来说具有极高的应用价值，在维修时可以避免重新开模具，直接利用3D打印技术便可得到相应的零件。

结语

发展3D打印产业，可以提升我国工业领域的产品开发水平，提高工业设计能力，可以生产复杂、特殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关，可以形成新的经济增长点，促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家大力推进的“再工业化战略”，我国也应高度重视3D打印等新型数字化制造技术的研发和产业化，加大人才培养、市场培育和应用推广的力度，努力在数字化革命和智能制造的“机会窗口”前取得3D打印产业发展主动权。

参考文献：

[1]高松.3D打印技术在飞机维修上的应用[J].科技展望，2017（26）.

[2]姜舟，任斌斌.3D打印技术在航空维修中的应用研究[J].中国设备工程，2017（18）：42-43.

[3]莫伟东.3D打印技术及其在航空装备维修中的应用[J].产业与科技论坛，2017，16（24）：78-79.