3D打印技術(shù)在飛機維修上的應(yīng)用

羅健

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟水平的提高，飛機的使用越來越廣泛，進而使飛機制造業(yè)與維修領(lǐng)域迎來了一個新的發(fā)展階段。為了進一步提升飛機制造業(yè)和維修領(lǐng)域的服務(wù)質(zhì)量，飛機維修行業(yè)中引進了3D打印技術(shù)，這樣一來，飛機制造與維修領(lǐng)域的發(fā)展可以更加持續(xù)、穩(wěn)定。為了使消費者更加滿意現(xiàn)代飛機制造與維修領(lǐng)域的服務(wù)，飛機制造企業(yè)不斷地應(yīng)用3D打印技術(shù)，使3D打印技術(shù)在飛機制造行業(yè)中的應(yīng)用越來越成熟。

關(guān)鍵詞：3D打印；飛機維修；應(yīng)用；前景

引言

近些年來，3D打印技術(shù)作為一種全新的加工技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展，使傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式發(fā)生了極大的改變，特別是在飛機、汽車等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了這些行業(yè)的發(fā)展水平。但因為3D打印技術(shù)在我國飛機維修與制造領(lǐng)域尚處于初級發(fā)展階段，所以一些企業(yè)對該技術(shù)的應(yīng)用還存在不到位的情況，需要相關(guān)行業(yè)對應(yīng)用中的問題進行優(yōu)化并有效解決。

1簡述3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又被稱為增材制造技術(shù)，它是根據(jù)離散/堆積原理利用材料積累的方式來對零部件進行制造的一種加工技術(shù)，3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的制造技術(shù)來說，它能夠借助于計算機來構(gòu)建出零件的3D模型，并將這些3D模型進行拆分，使其成為具有一定厚度的若干薄片，并通過自下而上的方式來將這些薄片進行疊加成形，以此制作成與3D模型一模一樣的三維實體零件。3D打印技術(shù)能夠有效滿足一些加工起來非常復(fù)雜的零件制造，并且加工速度非?？焖?，從而極大減少了零件的制造周期。3D打印技術(shù)依據(jù)其制作材料與加工方法共分為七類，分別是光固化立體成形、電子束選區(qū)熔化成形、金屬激光熔融沉積成形、熔融沉積成型、分層實體制造成形、電子束熔絲沉積成形與電子束選區(qū)熔化成形。

2飛機維修領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1減輕飛機零件的重量

在航空航天領(lǐng)域中，飛機和飛船是由數(shù)量眾多的零部件組裝而成的，而這些零部件如果重量較大，就會大大增加飛機和飛船的油耗量，這不利于節(jié)能效果的實現(xiàn)，并且還會使飛機與飛船的載重量大幅度下降。而通過3D打印技術(shù)對飛機進行維修時，可以采用鈦合金制造相應(yīng)的材料，進而降低飛機的整體重量，提高飛機的載重能力，實現(xiàn)輕量化，也能有效降低油耗。

2.2應(yīng)用3D打印技術(shù)可以縮短制造時間

在飛機維修領(lǐng)域中，一些高精度零件出現(xiàn)故障之后，需要進行更換，但這種零件制造起來需要較長的時間，同時還要應(yīng)用各種加工設(shè)備，在零件加工過程中，傳統(tǒng)的機械加工方式是利用銑削機床等工具來對零件進行加工的，在零件加工過程中流程不僅非常繁瑣，而且極易造成加工出錯而導(dǎo)致零件的無法使用，從而浪費了大量的時間，使飛機的維修時間大大延長。而通過3D打印技術(shù)來對零部件的制造工藝進行相應(yīng)的優(yōu)化，不僅能夠降低零部件加工的出錯率，還能有效保證零部件的加工精度，極大提高了零部件的加工速度，制造相同的零件，也許傳統(tǒng)的加工方法需要半年的時間，而采用3D打印技術(shù)，則只需要一個月的時間就能完成相同的工作量，進而大大縮短了現(xiàn)代飛機維修工作的周期。

2.3應(yīng)用3D打印技術(shù)可以優(yōu)化復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的加工質(zhì)量

在航天航空領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的加工技術(shù)在對復(fù)雜鈦合金構(gòu)件進行加工與制造時，很難通過鍛造與鑄造手段進行制作，而通過焊接的方式又會給鈦合金造成腐蝕，因此，復(fù)雜鈦合金零件的腐蝕便成了飛機故障的主要原因之一。通過3D打印技術(shù)中的激光鈦合金成形技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的加工，避免鈦合金發(fā)生腐蝕，還能通過疊加技術(shù)的應(yīng)用來節(jié)省絕大部分的昂貴材料，并且不需要制做任何專用模具，從而極大程度的節(jié)省了加工成本，縮短了加工時間，顯著增強了材料的強度。

2.4提高高精度零件的修復(fù)效果

激光熔覆技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，其對飛機的修復(fù)產(chǎn)生了直接的影響。渦輪發(fā)動機葉片、葉輪和轉(zhuǎn)動空氣密封墊等零部件可以通過表面激光熔覆強化得到修復(fù)。近年來，激光熔覆技術(shù)本身也在不斷的發(fā)展，2017年，德國某研究機構(gòu)還開發(fā)出超高速激光材料沉積-EHLA技術(shù)，這項技術(shù)使得定向能量沉積技術(shù)所實現(xiàn)的表面質(zhì)量更高，甚至達到涂層的效果，目前EHLA技術(shù)已經(jīng)迅速的被德國通快商業(yè)化。除了激光熔覆技術(shù)，冷噴增材制造技術(shù)正在引起再制造領(lǐng)域的注意。其中，GE公司就通過向飛機發(fā)動機葉片表面以超音速的速度從噴嘴中噴射微小的金屬顆粒，為葉片受損部位添加新材料而不改變其性能。除了不需要焊接或機加工就能制造全新零件，冷噴技術(shù)最顯著的優(yōu)勢在于它能夠?qū)⑿迯?fù)材料與零件融為一體，恢復(fù)零件原有的功能和屬性，進而提高了飛機維修工作的質(zhì)量和有效性。

3飛機維修領(lǐng)域應(yīng)用3D打印技術(shù)時需要注意的問題

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)展時刻受到各界的廣泛關(guān)注。而金屬高性能增材制造技術(shù)（金屬3D打印技術(shù)）被業(yè)內(nèi)專家視為3D打印領(lǐng)域高難度、高標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展分支，在工業(yè)制造中有著舉足輕重的地位。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，航空航天作為3D打印技術(shù)的首要應(yīng)用領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的，在實際生產(chǎn)中，其技術(shù)應(yīng)用還有很多亟待決絕的問題。比如目前3D打印還無法適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，無法充分滿足高精度需求。此外，制約3D打印發(fā)展的一個關(guān)鍵因素就是其設(shè)備成本的居高不下，大多數(shù)民用飛機企業(yè)還無法承擔(dān)起如此高昂的設(shè)備制造成本。但是隨著材料技術(shù)、計算機技術(shù)以及激光技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)的制造成本將會不斷降低，進而滿足飛機維修與制造業(yè)對該技術(shù)的需求。

4 3D打印技術(shù)在飛機維修中的應(yīng)用前景

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。3D打印的概念已經(jīng)不僅僅停留在工業(yè)設(shè)計階段，而是在越來越多的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，因此，3D打印技術(shù)在航空裝備維修領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景。

第一，3D打印技術(shù)可以及時打印出出現(xiàn)故障的部件，在未來信息化社會發(fā)展的過程中，任何地區(qū)的飛機制造企業(yè)如果需要更換損壞的部件，就可以利用3D打印機將需要的部件“打印”出來，然后由技術(shù)保障人員進行裝配，這就可以讓飛機重新投入使用。

第二，3D打印技術(shù)可以減輕飛機維修行業(yè)的后勤保障壓力。3D打印應(yīng)用于飛機維修后，只要計算機中存儲有某種物件的計算機輔助設(shè)計數(shù)據(jù)，就可以直接調(diào)出、現(xiàn)場生產(chǎn)，實現(xiàn)航材的數(shù)字化與柔性化，進而減輕了零部件采購、倉庫管理等工作的壓力。

第三，3D打印技術(shù)適合于單件、小批量零件的生產(chǎn)。這一點對于數(shù)量較少的小型號飛機維修工作來說具有極高的應(yīng)用價值，在維修時可以避免重新開模具，直接利用3D打印技術(shù)便可得到相應(yīng)的零件。

結(jié)語

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計能力，可以生產(chǎn)復(fù)雜、特殊、個性化的產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)，可以形成新的經(jīng)濟增長點，促進就業(yè)。面對新的生產(chǎn)方式變革和發(fā)達國家大力推進的“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，我國也應(yīng)高度重視3D打印等新型數(shù)字化制造技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，加大人才培養(yǎng)、市場培育和應(yīng)用推廣的力度，努力在數(shù)字化革命和智能制造的“機會窗口”前取得3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)。

參考文獻：

[1]高松.3D打印技術(shù)在飛機維修上的應(yīng)用[J].科技展望，2017（26）.

[2]姜舟，任斌斌.3D打印技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2017（18）：42-43.

[3]莫偉東.3D打印技術(shù)及其在航空裝備維修中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（24）：78-79.