淺析3D打印技術對于航空航天材料的智能化設計作用

李亞軒

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，航空航天領域也呈現出前所未有的發展新態勢。航空航天材料的設計也在向多樣化、智能化及信息化方向發展。本文簡述了3D打印技術的概念及發展特點以及3D打印技術應用于航空航天材料設計上的優勢，并在此基礎上探析了3D打印技術對航空航天材料智能化設計的促進作用，旨在推動3D技術的進一步應用。

關鍵詞：3D打印技術；航空航天材料；智能化設計；作用

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0103-01

隨著科學技術的不斷發展，航空航天領域也呈現出前所未有的發展新態勢。航空航天材料的設計也在向多樣化、智能化及信息化方向發展。但是在材料的設計過程中仍然面臨著設計成本高、設計精確度要求高等問題，這就要求設計者們必須嚴密地設計出需要的航空材料，并且盡可能地減小誤差，這也給設計者帶來了很大的技術難題。3D打印技術為此類問題的解決提供了新的方案[1]。

1 3D打印技術的概念及發展特點

1.1 3D打印技術的概念

3D打印技術即一種快速打印樣品成型技術。其原理是將金屬粉末或塑料粉末等當做打印“墨”，根據數字模型要求，再通過逐層打印的方式打印出成品，這種技術在國外也被稱為“增材制造”。3D打印技術的發展得益于計算機技術的不斷創新與突破，其打破了傳統打印的意義。此外，隨著3D打印技術的不斷完善與成熟，其越來越多地應用于生活、社會活動以及高科技等各個方面，諸如航天航空領域，對于我國高科技的發展有著重要的意義。

1.2 3D打印技術的發展特點

3D打印技術發展歷程大致如下：1984年的基于數字資源的三維立體模型打印技術、1993年發明的3D印刷技術（3DP）、1996年具有真正意義上的的“3D打印機”問世、2005年第一臺彩色“3D打印機”——Spe問世、2010年可以打印整個身軀轎車的“3D打印機”出現、2011年能夠打印飛機的“3D打印機”出現。3D打印技術在不斷朝著復雜、多樣化以及高科技等領域的方向發展。因為其不需要傳統的機械加工或制造模具就能直接根據計算機圖形數據生成任何形狀的物體，極大地縮短了產品的生產周期，提高了產品的生產效率。這對航空航天材料的智能設計起著很大的作用[2]。

2 3D打印技術運用于航空航天材料設計上的優勢

2.1 節省材料

一個飛機機身的模型需要許多零件和部分組成，而應用3D打印技術之后，不用剔除航空材料的邊角料，提高了材料的利用率。此外，3D打印技術取代了傳統的大規模、占用空間以及耗人力等的生產線，從而最大化地節省了材料，降低了成本。

2.2 制作材料精度高

材料的精確設計是確保航天航空領域安全發展以及快速發展的最基本要求。而傳統的材料設計技術無法保證人為的錯誤以及將誤差降到最低等，這就限制了航天航空的發展。因此，3D打印技術運用于航天航空領域時，給航空航天的智能化材料設計帶來的將是質的飛躍與創新。

2.3 無需傳統模具

3D打印技術在智能化材料設計過程中不用使用傳統的刀具、機床以及其他磨具，通過將產品的外形等通過計算機技術如AUTO CAD技術設計出來，然后直接打印生成實物產品。這在很大程度上簡化了傳統磨具下的制造工藝。

2.4 縮短材料制作周期

3D打印技術可以自動、快速、直接和精準地將計算機中的三維設計轉化為實物模型，甚至能夠直接制造零件和模具，繞過了傳統的制造工序，從而有效地縮短了材料設計的研發與制作周期。

3 3D打印技術對航空航天材料智能化設計的促進作用

3.1 促進了航空航天材料設計技術的革新

3D打印技術的運用加快了其材料智能化的設計進程，打破了傳統的設計思維和方法，使得航天領域設計技術的不斷發展及完善，更是將高科技與制造業設計的結合推向了一個新的高度，加快了智能設計技術的發展與革新。

3.2 促進了航空航天材料設計成本的降低

在航空領域，不管是創新設計還是機械制造，都需要嚴密規整的模型。在造一架飛機時，要經過無數的模型模擬，而每一次模型的制造以及模擬都需要很大的財力支持。而應用3D打印技術，這種資金消耗將得到大幅度降低。3D打印技術依靠高精確度使得設計時模型能夠精準使用物料，這使得設計材料時所使用的資金的到合理的運用。

3.3 促進了航空航天材料設計的創意性發展

在航空航天領域，其運用3D打印技術可以促進材料設計的智能創新，可以促進飛機機身的多形狀化發展、零件的多顏色發展等。在使用3D打印技術之后，我們有理由期待一種更先進更具有創意性的航空航天產品。

3.4 促進航空航天材料設計的人性化發展

運用3D打印技術實現材料設計智能化之后，材料制作可以向著個性化、多樣化方向發展，例如：我們可以根據每家航空公司理念等的不同設計出富有個性化、突出其理念的產品，而不是趨同的制作，比如航天飛機上的座椅可以根據員工的操作習慣以及身體結構量身“3D”打造。這體現出材料制作的個性化，而這得益于3D打印技術的運用。

4 結語

綜上所述，筆者認為基于計算機技術的3D打印技術以其高精確度、高生產率等特點將快速融入航空航天領域材料的智能化設計。但是，目前該技術仍然存在著強度低、材料存在局限性等缺點，因而其應用范圍還不是太廣泛。不過我們相信，3D打印技術的進一步完善會深刻的影響我們生活。

參考文獻：

[1]劉銘，張坤，樊振中.3D打印技術在航空制造領域的應用進展[J].裝備制造技術，2013（12）：232-235.

[2]賈平，李輝，孫棕檀.國外3D打印技術在航天領域的應用分析[J].國際太空，2015（4）：31-34.