在高端裝備制造行業(yè)，航空裝備制造一直以“高逼格”姿態(tài)自居，航空裝備及零部件加工皆需達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高水平、高精度要求。3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域似乎非常受青睞，應(yīng)用規(guī)模迅速增長，筆者將3D打印視作航空裝備制造行業(yè)的“特種兵”。

                        航空裝備制造“特種兵”之3D打印　　
　　近日，“特種兵系列”第四部《特種兵之霹靂火》在黃金檔熱播。“特種兵”，自帶主角光環(huán)的一個(gè)詞語，是雄壯威武、剛毅堅(jiān)強(qiáng)的代名詞。筆者“鬧洞大開”地認(rèn)為，3D打印技術(shù)其實(shí)是具備“特種兵”特征的，它在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，盡顯神秘與強(qiáng)勢(shì)。

　　見證航空裝備制造的那些3D打印

　　目前，3D打印技術(shù)正在快速成熟并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商業(yè)化，其在航空航天和國防工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模近年來增長迅速。按照銷售規(guī)模排名，3D打印在航空航天業(yè)和國防工業(yè)的應(yīng)用規(guī)模占比分別為14.8%和6.6%。

　　筆者首先想要說明的一點(diǎn)是，在技術(shù)層面上，3D打印技在航空領(lǐng)域的應(yīng)用是日趨成熟的，取得了很多新突破。以國內(nèi)關(guān)于3D打印在航空領(lǐng)域應(yīng)用的最新消息來說，我國首次實(shí)現(xiàn)了3D打印技術(shù)在轉(zhuǎn)子類零件上的應(yīng)用，研究成果推廣應(yīng)用到航天發(fā)動(dòng)機(jī)其它關(guān)鍵零部件的研制，突破了復(fù)雜異型薄壁軸承座、中空薄壁主動(dòng)冷卻噴管與細(xì)長薄壁內(nèi)流道噴嘴等產(chǎn)品的制造技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的快速制造，顯著提升了航天發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能。

　　在此之前，國內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)還成功應(yīng)用金屬材料3D打印技術(shù)試制部分航天發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件。雖然改技術(shù)距離真正打印整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)還有很長的路要走，但中國航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造由此駛?cè)?D打印的“快車道”。

　　國外研究者同樣給力。澳大利亞的研究人員使用3D打印技術(shù)制造出噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，這是首個(gè)全部采用3D打印制造出來的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。該3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)制品，是一個(gè)用于飛機(jī)(如獵鷹20私人飛機(jī))的輔助動(dòng)力單元。據(jù)悉，目前打印了兩部發(fā)動(dòng)機(jī)，一部在阿瓦隆國際航空展上展示，另一部在法國的圖盧茲展出。

　　圍觀那些趨之若鶩的“入局者”

　　不要以為只有專家、學(xué)者在苦心研究，一塊市場(chǎng)龐大、前景廣闊的大蛋糕，從來不缺乏“入局者”。

                        3D打印技術(shù)正在快速成熟并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商業(yè)化
　　國內(nèi)企業(yè)在3D打印航空領(lǐng)域是極具熱情的。例如，今年東航成功將3D打印制造的飛機(jī)艙門手柄蓋板、飛機(jī)座位指示牌等客艙部件配裝到全新B777-300ER型客機(jī)上執(zhí)行正常航班飛行，這一創(chuàng)新成果標(biāo)志著東航成為中國民航首家運(yùn)用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)部件的航空企業(yè)。

　　國內(nèi)3D打印的“入局者”，必須提及一個(gè)人——北京航天航空大學(xué)教授、國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)獲得者王華明。他以技術(shù)入股，分別與中航重機(jī)和南風(fēng)股份組建合資公司，致力于在中國高端制造領(lǐng)域推廣3D打印。

　　國外似乎更喜歡以“組團(tuán)”方式“入局”。就在本月7日，瑞典三家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)手成立一個(gè)以金屬3D打印為主題的國家科研機(jī)構(gòu)。該中心旨在加速瑞典金屬和工程行業(yè)的3D打印研究、教育以及信息傳播的步伐。國外還喜歡“灑錢”。英國商務(wù)部就宣投資1000萬英鎊用于發(fā)展3D打印技術(shù)在航空航天的應(yīng)用，從競(jìng)爭(zhēng)中找到改變航空航天技術(shù)的“游戲規(guī)則”，以幫助英國保持在全球航空市場(chǎng)的最前沿。
國內(nèi)3D打印何時(shí)練就“鋼鐵般水平”

　　軍人，都有鋼鐵般的意志，作為航空裝備制造領(lǐng)域的“特種兵”，國內(nèi)3D打印何時(shí)才能練就“鋼鐵般水平”，又該如何練就？

　　首先必須提高一個(gè)令人振奮的國家扶持性政策——工信部等部門聯(lián)合印發(fā)的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015—2016年)》。《計(jì)劃》明確提出，要到2016年初步建立較為完善的3D打印產(chǎn)業(yè)體系，特別是在航空航天等直接制造領(lǐng)域，中國3D打印技術(shù)要達(dá)到國際先進(jìn)水平，在國際市場(chǎng)上占有較大市場(chǎng)份額。這份《計(jì)劃》及相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)扶持政策，讓3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用迎來了曙光。

                                 中國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展　　
　　目前，中國在3D打印方面的研究方面處于國際前列，如論文和申請(qǐng)專利的數(shù)量處于世界第二。在應(yīng)用方面，我國工業(yè)級(jí)設(shè)備裝機(jī)量據(jù)全世界第四，但金屬打印的商業(yè)化設(shè)備及國產(chǎn)工業(yè)級(jí)裝備的關(guān)鍵器件還主要依靠進(jìn)口。工業(yè)級(jí)3D打印材料的研究剛剛起步，除了個(gè)別研發(fā)能力強(qiáng)的公司研發(fā)了少量材料外，3D打印的材料基本依靠進(jìn)口。3D打印從質(zhì)和量?jī)煞矫鎸?duì)國家戰(zhàn)略地位和今后的科技發(fā)展都產(chǎn)生重大影響的技術(shù)。3D打印技術(shù)正處于一個(gè)技術(shù)的井噴期，產(chǎn)業(yè)的起步期，企業(yè)的跑馬圈地期。

　　因此，中國要做的是抓緊標(biāo)準(zhǔn)研究，3D打印的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可能影響到裝備和應(yīng)用兩個(gè)方面。在航空件和高端醫(yī)療器械方面，要積極研究面對(duì)3D打印個(gè)性化制造產(chǎn)品準(zhǔn)入的標(biāo)準(zhǔn)，以有利于新技術(shù)的應(yīng)用。此外，要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)，在3D打印的新材料研發(fā)，顯著提升打印件的質(zhì)量和打印效率等方面有創(chuàng)新技術(shù)；要建立創(chuàng)新體系，為企業(yè)提供核心技術(shù)和共性技術(shù)；要攻克關(guān)鍵核心器件，打造產(chǎn)業(yè)鏈；要引導(dǎo)金融資本，助推3D打印企業(yè)做大做強(qiáng)，形成若干個(gè)具備國際競(jìng)爭(zhēng)規(guī)模的企業(yè)。

　　【延伸閱讀】

　　科普：3D打印在航空裝備制造領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

　　3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命制造領(lǐng)域的典型代表技術(shù)，3D打印的發(fā)展時(shí)刻受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。尤其是航空航天制造企業(yè)，更是不惜耗費(fèi)大量財(cái)力、物力加大研發(fā)力度，以確保自己的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

　　那么，3D打印在航空領(lǐng)域究竟有哪些優(yōu)勢(shì)？3D打印技術(shù)擅長解決個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度的生產(chǎn)技術(shù)，這恰恰是傳統(tǒng)制造業(yè)夢(mèng)寐以求的。3D打印在航空裝備制造行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要包括四個(gè)方面：

　　1、縮短新型航空航天裝備的研發(fā)周期

　　航空航天技術(shù)是國防實(shí)力的象征，也是國家政治的體現(xiàn)形式，世界各國之間競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，因此，各國都想試圖以更快的速度研發(fā)出更新的武器，使自己在國防領(lǐng)域處于不敗之地。而金屬3D打印技術(shù)讓高性能金屬零部件，尤其是高性能大構(gòu)建的制造流程大為縮短。無需研發(fā)零件制造過程中使用的模具，這樣就可以極大地縮短產(chǎn)品研發(fā)制造周期。

　　2、提高材料的利用率，節(jié)約昂貴的戰(zhàn)略材料，降低制造成本

　　航空航天制造領(lǐng)域大都是在使用價(jià)格昂貴的戰(zhàn)略材料，比如像鈦合金、鎳基高溫合金等難加工的金屬材料。傳統(tǒng)制造方法對(duì)材料的使用率很低，一般不會(huì)超過2%—5%，材料的極大浪費(fèi)也就意味著機(jī)械加工的程序復(fù)雜，生產(chǎn)時(shí)間周期長。如果是那些難以加工的技術(shù)零件，加工周期會(huì)大幅度增加，制造周期明顯延長，從而造成制造成本的增加。3D打印技術(shù)只需進(jìn)行少量的后續(xù)處理即可投入使用，材料的使用率達(dá)到了60%，有的甚至達(dá)到了90%以上，可以降低制造成本，節(jié)約原材料。

　　3、優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，減輕重量，增加使用壽命

　　對(duì)于航空航天武器裝備而言，減輕重量是永恒不變的主題，不僅可以增加飛行裝備在飛行過程中的靈活度，而且增加載重量，節(jié)省燃油，降低飛行成本。傳統(tǒng)制造方法已經(jīng)將零件減重發(fā)揮到了極致，但3D打印技術(shù)的應(yīng)用，可以優(yōu)化復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)變換重新設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，從而起到減輕重量的效果。3D打印技術(shù)通過優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)，從而增加使用壽命。

　　4、零件的修復(fù)成型

　　金屬3D打印技術(shù)，除用于生產(chǎn)制造之外，其在金屬高性能零件修復(fù)方面的應(yīng)用價(jià)值絕不低于其制造本身。就目前情況而言，金屬3D打印技術(shù)在修復(fù)成型方面所表現(xiàn)出的潛力甚至是高于其制造本身。以高性能整體渦輪葉盤零件為例，當(dāng)某一葉片受損，則整個(gè)渦輪葉盤將報(bào)廢，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百萬元。