航空航天：3D打印应用日趋成熟

就目前来说3D打印机最大的几个应用场景一般为，航天制造，汽车加工，零件验证，军工生产等，其中随技术不同又分为FDM、光固化、SLM、SLS等技术，以适用于不同场景下的3D打印需求，而航空制造在3D打印中的应用最早市场份额也是独占鳌头，就拿西安铂力特而言，其最大的几个产品需求方均为中国航天企业，占整体营收的40%以上，并且随着中国的航空技术不多发展，以及民用化航空企业的涌现，对于可以适用于航空生产、设计、验证等环节中的3D打印产品又是一个不可多得的快速增长期。

3D 打印技术已成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术，主要应用于设计模具铸造、 功能性零部件制造、重要构件修复。近年来，由于航空航天构件对于材料的性能（如硬度、 熔点等）要求较高，国内外 3D 打印技术的研究主要集中在形状复杂的功能性金属材料（包 括金属、合金和金属基复合材料）方面。目前，航空发动机是 3D 打印重点应用领域，在 一些技术较为成熟的国家，3D 打印也开始用于导弹、无人机以及卫星的零部件。

  在模具铸造方面，由于 3D 打印技术 SLS 熔模铸造工艺无需制造蜡模压型，缩短了铸造用 熔模的准备时间，具有速度快、成本低的优势，十分适用于航空发动机复杂铸件研制阶段 所需进行的反复铸造工艺试验。普惠公司采用 3D 打印生产了超过 10 万件部件和原型件， 包括铸模、设备工具以及试验台架硬件等。普惠公司在 PW1100G 发动机的部件设计中， 采用增材制造技术极大地减少了部件的研制时间以及原材料和成本的浪费，发动机单个零 件的制造速度提高 4-8 倍，相比锻造，部分零部件最多节约 90%的材料。 

在设计验证过程当中3D打印机可以极大的降低生产开模中的费用花费，提高整体的设计验证效率，对于关键部件可以实现定时、定点的一对一定制更换，在整个加工环节有着重要地位。

在零部件制造方面，采用 3D 打印技术能够减少大量零件的焊接组装工作，同时能实现更 复杂内部结构，提高零部件性能。GE 公司采用 3D 打印技术制作航空发动机的燃油喷射 系统，其将传统工艺的 20 片部件组装或焊接的结构制造为一个部件，这种方法得到的制 件具有接近锻造的材料性能。而且 3D 打印工艺能够避免产生变形和形成微裂纹，提高了 燃油喷射系统寿命将近４倍，重量减轻 25%，研制成本进一步降低，预计能够通过 50-100 个增材机械实现每年 40000 个喷嘴的产量，这一生产率将能够确保每月 175 台发动机交付量。

在修复制件方面，利用 3D 打印技术修复的航空发动机整体叶盘的高周疲劳性能优于原始 材料。通过大量基础技术研究工作，国外已经初步建立起整体叶盘的激光修复装备、技术 流程和相应数据库，推动了整体叶盘激光修复技术的工程化应用，我国的相关科研机构也 积极布局 3D 打印激光修复技术。德国弗朗恩霍夫协会与 MTU 公司合作利用激光修复技 术修复钛合金整体叶盘。下图为 MTU 公司制定的整体叶盘修复过程流程图。北京航空制 造工程研究所采用激光修复技术修复了某钛合金整体叶轮的加工超差，并成功通过了试车考核。

在航天领域，欧洲航天局(ESA)和瑞士 SWISS to 12 公司开发出专门为未来空间卫星设计 的首个 3D 打印双反射面天线原型，如图所示，通过采用 3D 打印，不仅显著增加天线的 精度，还可降低成本，缩短交付时间，增加射频设计的灵活性，最重要的是减轻部件质量。 美国航空喷气发动机洛克达因公司(AerojetＲocketdyne)完成首批“猎户座”载人飞船 12 个喷管扩张段的 3D 打印任务，使为期 3 周的制造时间比传统制造工艺技术缩短了约 40%。 

法国泰勒斯·阿莱尼亚航天公司将欧洲最大的 3D 打印零件(遥测和指挥天线支撑结构，尺 寸约 45cm×40cm×21cm)用于 Koreasat 5A 和 Koreasat 7 远程通信卫星，如图所示，通 过 3D 打印实现了质量减轻 22%、成本节约 30%、生产周期缩短 1–2 个月。俄罗斯托木 斯 克 理 工 大 学 (TPU) 设 计 并 制 造 的 首 枚 外 壳 由 3D 打印的 CubeSat 纳 米 卫 星 Tomsk-TPU-120 于 2016 年 3 月底搭载进步 MS-02 太空货运飞船被送往国际空间站。