金屬增材制造技術應用于軍用飛機維修保障淺析*

（航空工業沈陽飛機工業（集團）有限公司，沈陽 110850）

對于民用飛機而言，其維修與保障的首要目標是實現經濟價值的最大化，而軍用飛機維修與保障的首要目標是實現作戰能力的最大化，其次是在此基礎上尋求經濟性的最優化[1]。因此，從實戰的角度出發，軍用飛機在服役使用過程中，要恢復、保持和提高其作戰能力，必須要有相應的維修與保障工作與之匹配。

目前，隨著各種新型軍用飛機的服役，越來越多的新材料、新結構和新技術應用于飛機零部件的制造過程中，這給飛機的維修保障工作帶來了新的挑戰。尤其近年來，金屬增材制造技術在國內外日益受到重視，其關鍵技術不斷取得突破，并已經實際應用于飛機關鍵零部件的研發和試制[2-6]。金屬增材制造技術一般可分為廣義和狹義兩大類，狹義金屬增材制造主要指激光選區熔化成形、激光熔化沉積（激光熔覆）成形、電子束選區熔化成形、電子束熔絲成形、電弧/等離子弧熔絲成形5類基于高能束流的成形技術，廣義金屬增材制造還包括熱噴涂、冷噴涂、氣相沉積等技術，每一類技術的優勢和特征各不相同[7-12]，所以，如果能充分發揮金屬增材制造的技術優勢，將其應用于軍用飛機的維修和備件應急保障中，則既可以實現快速、精準、高效的保障目標，又能夠有效降低備件的庫存量，同時也滿足現代戰爭對戰地實時維修保障的實際需求。

軍用飛機維修保障現狀

飛機在使用過程中，需要定期進行維護保養，更換易損件和失效零部件。在日常的維修保障中，一個零部件的供應不及時甚至會導致整個飛機無法正常服役，停飛很長時間。在戰備演習訓練或實際作戰情況下，飛機的搶修保障就顯得更為重要，由于保障不足會導致作戰時機的錯失，甚至會直接決定一場戰爭的勝負。

對于一般故障零部件的維修，目前多數采用向飛機制造商采購原產零部件進行更換的方式，對于嚴重故障零部件的維修，甚至需要將飛機整體運輸至制造商工廠進行全面維修，這類維修保障模式主要存在兩個方面的問題。

1 維修保障需求和保障供給能力不匹配

維修保障的需求有差異，是個性化的，而保障供給是通用的。這種不匹配主要表現在兩個方面。

（1）零部件供給不足。一般軍用飛機的零部件數量都在一萬件以上，高性能軍用飛機零部件數量甚至更多。這些零部件形狀各異，材料種類繁多，且隨著科技進步，新材料、新工藝和新結構的新型零部件大量涌現，各類零部件出現故障的概率各不相同，尤其新型零部件在實際應用過程中總會不可避免地出現許多意想不到的故障。戰時狀態下，各類飛機零部件損傷的情況更加難以估計和預測，而制造商不可能把所有零部件都當作備件進行大批量實物生產，這樣會占用大量的人力、物力、財力資源，這就導致飛機維修急需的零部件制造商可能沒有庫存或備件。

近年來，我國航空工業取得了飛躍式發展，各類新型飛機不斷服役，飛機更新換代速度加快，制造商的生產線不斷更新換代，一些老舊型號的飛機生產線已經停用或報廢，相對應的零部件生產單元已無法恢復，且隨著工藝水平提升，一些老舊工藝已經淘汰，這也間接導致個別常規備件無庫存的情況。

（2）零部件供給過剩。飛機制造商一般會對一些常用的易損件進行一定數量的備件生產，跟這些備件相關的圖紙、工藝裝備、實物備件等大量封裝存放在庫房中等待使用，而一旦飛機退役，跟它相關的零備件也會隨之報廢。在飛機服役到退役的有限時間里，大量備件甚至從未得到過使用，造成了資源的極大浪費。

2 維修保障需求和保障供給效率不匹配

維修保障需求具有及時性、便捷性，而零部件備件的生產制造是需要周期的，且可能是跨地域協作。飛機零部件數量巨大，種類繁多，使用現場不可能存放所有的零部件備件。如果飛機的某個零部件出現故障，而使用現場又找不到備件進行更換維修，在影響飛行安全的情況下，飛機如不能實現轉場維修，那就只能等待備件運送至使用現場。飛機制造商在批生產過程中，一直面臨著科研型號任務和維修保障任務沖擊和占用批生產資源的矛盾，這種矛盾在近些年新型號不斷研發和老舊型號陸續將要退役的背景下表現得尤為突出，有的時候不得不將維修備件的生產任務延后，這使得飛機維修周期無法得到有效保障。在老舊生產線已經停用或生產工藝已經更新換代的情況下，為了生產某個特定的備件，需要重新啟用專用制造設備，有的甚至需要專用的工具和工裝夾具或者需要采購特定的原材料，以保證備件整套制造工藝和使用性能與原件相同。飛機制造商在這種情況下，在具體組織實施過程中需要克服非常大的困難，調動和協調的資源價值有時候遠遠超過了備件本身，間接導致了生產成本的增加。

金屬增材制造應用于軍用飛機維修保障的技術優勢

金屬增材制造技術應用于軍用飛機維修保障中可有效解決傳統維修保障模式存在的問題，具有獨特的技術優勢。

1 數字化敏捷制造

數字化敏捷制造解決了傳統備件生產周期長、效率低、需要大量輔助配套設施和資源的問題，避開了焊接、組裝、夾持固定等繁瑣工序，簡化了復雜的制造流程，因此極大地縮短了生產周期。增材制造的數據源是零件的三維工藝模型文件，原材料是金屬粉末或絲材，設備相對精小，可實現設計、加工、后處理、檢測全流程的數字化控制。對于中小尺寸的備件，從三維工藝數模設計到精加工完成，整個生產周期一般小于一周，有的甚至十幾個小時就能得到成品。因此，增材制造備件的復雜程度對生產制造周期的影響不大，與傳統制造相比，對于一些特別復雜異形結構件的制造，采用增材方式后其生產周期反而會更加明顯地縮短。

2 定制化制造

定制化制造解決了傳統備件供給不足或供給過剩的問題。增材制造以三維數模為驅動，只要有急需備件的三維模型就可以實時生產，因此，備件生產和庫房庫存可以實現有效的動態平衡，減少對大量庫存的依賴程度。無論是某個單件的制造需求還是一定數量的小批量制造需求都會得到快速滿足，且不會因為備件數量的多寡增加生產周期或成本。

3 修復再制造

修復再制造解決了軍機維修成本高的問題。飛機在服役過程中每個零部件的工況條件和受力狀態各不相同，零部件受到各種突發、非正常工況及其他一些因素的作用，待修復區的形狀和位置千差萬別，且修復加工的費用必須低于新制零件的費用，否則修復就失去了批量應用價值。增材修復再制造可以將失效件、磨損件或缺損件的局部區域重新修復到原廠零部件的形狀、尺寸精度和性能狀態，同時滿足每個零件個性化的修復需求。即使不同材料的多個零件也可以根據每個零件的具體修復形狀和位置自由調整修復方案，無需頻繁改變輔助條件，修復可完全實現個性化，并且不會增加制造成本。此外，增材修復再制造降低了傳統加工工藝對大面積廠房庫房等資源的依賴程度，甚至整套生產設備可以放置到特制的交通工具上，實現車載、艦載、機載等遠距離機動運輸，成為移動工廠。如我國和美國均研制了“移動零件醫院（MPH）”方艙[13-15]，通過增材制造和數控加工技術實現了損傷零件的現場修復或重制，并已經實際應用于軍事戰場，該類型增材制造方艙設備如圖1[14-15]所示。未來戰爭必然是快節奏的高技術戰爭，維修人員和裝備也必須緊隨作戰部隊進行大規模機動轉場，該類方艙裝備恰好符合極強戰場機動性的要求，有助于戰時快速反應、快速部署及快速維修能力的實現。因此，利用增材制造來修復飛機缺損零件是一種經濟且高效的方法。基于增材制造技術的軍機零件修復應用實踐，已從最初的發動機葉片損傷修復逐步發展到飛機框、梁、搖臂、支架、起落架活塞桿等各類零件的表面缺陷及損傷修復[16-18]。

綜合上述分析，金屬增材制造應用于軍用飛機維修保障的技術優勢可以概況為：無需大量備件，突發保障能力強，前線修復能力足，后方修復或重新制造新零件周期短且方式多。

圖1 “移動零件醫院（MPH）”方艙Fig.1 Mobile parts hospital shelter

金屬增材制造應用于軍用飛機維修保障的典型工藝方案

1 可修復性評估和分類

可修復性是指通過一定的技術手段修復失效零部件使其恢復自身使用性能，甚至使其使用性能超過新制造零部件的能力。當軍用飛機零部件使用性能劣化或失效后，首先要對其可修復性進行評估和分類。零部件使用性能劣化或失效可分為表面涂層類、內部材料強度類、形狀尺寸超限類3類，各類別典型損傷表現形式及可修復性見表1[19]。

一般而言，綜合考慮經濟性和修復周期，增材修復表面涂層類和形狀尺寸超限類損傷效果較好，修復部位與基體冶金結合良好，修復后失效零部件的各項性能可基本恢復至原有性能甚至有所提升。而對內部材料強度類損傷，有時修復并不經濟，故本著安全從嚴的原則，可采用增材制造方式新制零件予以更換。

表1 飛機零件典型損傷形式和其可修復性Table1 Typical damage failure pattern and reparability assessment of aeroplane parts

圖2 不同部位零件損傷形式及維修工藝Fig.2 Typical damage failure pattern and maintenance technologies of different components

2 維修工藝方案選取

軍用飛機金屬構件大致可分為機身、起落架、機翼、平尾垂尾、發動機等5個部位，各部位零件類型、材料和劣化失效類別有所不同，所采用的增材修復或新制工藝也有所差異，如圖2所示。

由于鋪粉類固有的工藝特征決定了它只適用于金屬零件全新制造，不適合用于受損零件的修復，其他幾類技術既可用于零件制造，也可用于受損零件的修復。此外，在成形效率、精度、尺寸、環境要求、安全性等方面各類增材工藝也有所不同，如表2[20]所示，需要根據失效零件的損傷類別和典型特征綜合選取合適的維修工藝方案。

基于金屬增材制造的軍用飛機維修保障關鍵技術

1 逆向建模技術

金屬增材制造必須以三維模型為制造數據源，而三維模型的獲取方式主要有原始三維軟件設計和逆向建模兩種。對于一些老舊型號飛機而言，其零件一般是以二維圖紙、模線樣板或專用模具為依據進行制造的，隨著生產線拆除和樣板模具的報廢，已經很難通過原始圖樣來精準構建維修零件的三維整體設計數模，這時就必須要采用逆向建模技術。逆向建模的工藝流程一般是借助一定的數據采集技術獲得零件的空間三維點云數據，然后再使用專業建模軟件將點云轉化為網格，再由網格擬合重建生成光順的曲面、平面、實體等特征，最后將特征擬合重構成三維高精度實體模型。目前主要的數據采集技術包括常規測量、三坐標測量、三維掃描測量、激光跟蹤測量、工業CT 測量等，各技術的應用特征及局限性見表3[21]。三維模型獲得后的應用主要分兩種情況：（1）增材成形全新零件。針對沒有三維數模的老舊零件或經過評估已經失去維修價值的零件，可在新模型基礎上進行標準模型修正，再選取合適的增材制造技術來生產全新的零件，用以替換受損的零件。（2）增材修復零件。即利用逆向建模方法獲取的模型與原始的標準模型做比對，找出缺陷部位、類型及尺寸分布特征并構建精準的三維缺陷模型，根據缺陷模型規劃增材修復的方式、材料、路徑、工藝參數及運動程序等，最后驅動設備對零件的缺陷依次進行修復成形。

表2 不同增材制造工藝的適用性Table2 Applicability of different additive manufacturing technologies

表3 逆向數據采集技術的應用特征對比Table3 Characteristic comparisons of different data acquisition methods based on reverse technique

2 定向能量沉積技術

定向能量沉積技術中的激光熔化沉積成形技術是國內外關注和研究最多，也是最成熟的一種增材制造技術，它在航空航天領域的最典型應用就是對受損零件的修復。在修復過程中，通常采用增減材復合制造手段，即首先對受損件進行全尺寸三維掃描測量，通過和原始設計數模的精準對比確定零件的受損部位和程度，進而針對某單一零件進行個性化的修復方案制定。其次利用激光熔化沉積技術對受損區域進行同種金屬的增材填充成形，然后結合數控加工減材技術，去除增材后的余量材料，最后為保證修復的尺寸精度需再次進行修復部位的三維測量。在未來，開發集成高精度測量定位、缺損域模型重建、增減材制造路徑自動規劃等于一體的輔助制造軟件或系統，將有助于復雜幾何結構零件的快速自動化修復，尤其對于外形輪廓性很強且受損較嚴重的零件，增材修復將比換新件更加經濟高效。

3 面向增材制造的結構優化技術

在某些情況下，軍用飛機的磨損零件修復的意義已經不大，必須更換全新的零件。這時主要有兩種情況：一種是基于傳統設計方案，只是采用增材制造方式來制造全新的零件；另一種是面向增材制造工藝的結構功能一體化優化設計方案，即在充分利用增材制造工藝特征優勢的基礎上，面向功能需求重新設計零件。與第1種方案相比，第2種方案更符合未來主流的修復技術發展方向和應用趨勢。

由于增材制造技術本身受制造工藝約束較少，因此在重新設計零件時可將傳統基于“工藝優先”的設計模式向基于“性能優先”的設計模式轉變，在兼顧生產效率與經濟性的同時，采用拓撲優化結構、蜂窩點陣結構等更優的創新構型設計思路，通過結構空間上的復雜性和多樣性實現功能上的集成和使用性能上的綜合最優[22-27]。飛機上一些如接頭類、支架類零件經拓撲優化后，在保證高性能的同時較傳統結構可減重30%以上，且新的零件構造也更加體現了結構設計和制造中的藝術美感，如圖3[28]所示。

4 智能機器人技術

智能機器人有別于傳統的工業機器人，它具有感知、識別、推理和判斷的能力，可以根據外界條件和環境的變化，在一定范圍內通過自主學習來修正執行程序，通過總結經驗來獲得優化程序。在飛機零件增材制造修復過程中，由于零件外形尺寸、受損部位和程度千差萬別，不可能僅僅依靠一套標準程序和參數完成各類零件的修復，且修復過程中大量的測量、示教編程、數據分析、軌跡規劃等工作如果全部依賴人工來完成，將極大降低維修效率，增加維修周期和成本。因此，未來智能化機器人技術和數字化增材制造技術緊密結合，恰好滿足了飛機單一零件個性化高精度修復的應用需求，在損傷零件大面積區域的缺陷檢測和圖像處理、局部修復區的精準識別和定位、復雜曲面的自動化編程和軌跡參數優化等方面將大大提升飛機零件增材制造修復技術的靈活性和應用空間。美國GE 公司已經將機器人輔助的冷噴涂技術應用于飛機零件的修復中，如圖4[29]所示。

5 基于增材工藝的模擬仿真技術

增材修復過程涉及一系列復雜變化的瞬態力熱耦合過程，且待修復零件的缺陷位置和大小不盡相同，因此，需要結合增材修復工藝針對具體零件開展工藝模擬仿真分析。增材工藝模擬仿真應針對整個增材設計制造鏈的各個環節，包括拓撲優化設計、工藝參數調整驗證、成形工藝過程、后處理過程等，借助模擬仿真達到零件宏觀精準控形和微觀穩定控性的目的，減少工藝試錯，解決宏觀上的翹曲、變形、開裂及微觀上的氣孔、熔合不良等問題，保證修復質量穩定性，提升一次修復合格率。

金屬增材制造在軍用飛機維修保障方面存在問題及應對建議

1 存在的問題

目前，金屬增材制造技術在飛機維修保障方面雖然已經取得了很多重大的進展，但是相對于工業革命后積累了上百年研究、應用和發展經驗的近代傳統制造技術而言，金屬增材制造依然存在著許多的問題和不足，主要體現在3個方面。

1.1 技術成熟度與可靠性的問題

金屬增材制造技術經過幾十年的發展，雖然技術成熟度不斷提升，

但對于航空產業來說，任何新技術的應用都必須要遵循循序漸進的原則。材料、工藝、裝備、檢測、質量控制等環節，都要經過嚴格的考核和可靠性認證，在被確認是成熟的且具有高可靠性的技術后才會被允許裝機應用。從這個角度來看，金屬增材制造的備件離真正的規模化裝機應用還有很長的路要走。增材制造的備件無論在制造商工廠還是戰時搶修現場，雖然可以快速完成備件制造或修復，但該備件的可用性和可靠性在程序上有待驗證確認，這種備件不能直接裝機使用，而必須經過嚴格測試或多輪評審，證明其與原始零件具有完全可替換性，才被允許裝機使用，這種情況在關鍵部件和主承力部件上體現得更加明顯。目前，金屬增材制造的備件或維修件應用研究的對象主要是非關鍵部件和非結構部件，因為這些零部件風險性更小，即使在使用過程中發生損傷或失效，飛機也不至于墜毀，不會對飛行安全造成威脅，這也反映出金屬增材制造零部件應用在飛機維修方面，其安全性和可靠性是面臨的最大挑戰。美國空軍給出的增材制造零部件絕對安全可靠的參考標準是萬分之一以下的不合格品率或故障率，即在10000個金屬增材制造零部件中不能找出多于一個的不合格品，或在10000個金屬增材制造零部件使用過程中不能出現大于一次的失效或故障情況[30]。因此，美國空軍在飛機維修方面也處于謹慎使用金屬增材制造零部件的階段。

1.2 修舊如舊還是修舊如新的問題

飛機維修需要更換的零部件多數是采用傳統制造技術生產的，而備件制造希望通過增材制造技術生產，在這個過程中，零件的結構形式和材料類別等都沒有變化，只不過是制造方式發生了改變，即采用新技術制造“舊”零件。這個“舊”不是指零件是舊的零件，而是指零件的設計理念和結構形式是基于傳統制造技術的，是“舊”的。而增材制造技術真正的潛力在于創新設計理念，增強工藝實現能力，滿足精準構型和整體功能需求，而不是簡單的制造方式或方法的替代，這也是有些零部件采用增材制造優勢并不明顯的內在原因。目前，在新機研制過程中，利用增材制造技術，實現了隨形內流道、復雜薄壁、復雜內腔、鏤空點陣、多部件集成等復雜結構形式零件的制造及應用，但在飛機備件制造和維修方面，卻還在修舊如舊的道路上徘徊不前。因此，飛機維修和備件保障不應該繼續采用逆向工程或圖紙精準復制原物以實現簡單替代的舊道路上發展前進，而是應該開辟一條修舊如新的新道路，即采用增材制造技術，結合零部件的具體結構形式和功能需求，重新精準設計、優化和制造，以實現精準維修和整體綜合性能的提升。例如，可依據損傷零件的部位和損傷特征，基于增材制造技術制備具有梯度復合結構特性的備件，如圖5[31]所示。這類梯度復合結構在力學性能上有別于同質結構，可顯著提高結構減重效率及疲勞壽命，具有承載、耐熱、抗蝕等多功能特性[31-32]。點陣輕量化結構、異形內流道結構和拓撲優化結構等新構型也正在被越來越多地研究，以期未來能慢慢應用到備件領域，如圖6[22]所示。俄羅斯的蘇霍伊設計局甚至構想飛機機身大部段乃至整機機身結構都采用拓撲優化構型，以期更好地減重和擴大作戰半徑，如圖7所示。當然，這種新結構在實際應用過程中會產生維修成本增加、風險增大等一系列具體的困難和問題，這些都是需要逐一克服和解決的。

圖6 點陣輕量化結構與異形內流道結構Fig.6 Lightweight lattice structure and inner flow channel structure

1.3 標準化的問題

標準化是增材制造技術成熟的主要標志，也是其規模化應用的基礎和前提。在飛機維修和保障方面，增材制造的標準化困境主要表現在3個方面。

（1）原材料未成體系。

圖7 飛機機身結構拓撲優化設計Fig.7 Topology optimization in aircraft fuselage structures

粉體或絲材等原材料是金屬增材制造的“糧食”，研究開發出更高質量的原材料是增材制造廣泛應用的首要條件。相對于傳統金屬材料上千個牌號而言，目前適用于金屬增材制造的材料牌號僅僅數十種，尤其缺少基于工藝特征的對現有材料改性的材料或新開發的材料，這使得材料基礎性能數據匱乏，導致可用于飛機零部件維修的材料種類有限。在工藝和裝備逐漸趨于成熟的條件下，原材料體系的不健全對應用端的限制和制約越來越明顯，如果材料供應商不加大新合金材料和多工藝復合低成本制粉/制絲技術的研發投入，飛機維修保障面臨的“糧荒”問題很難在短期內得到有效解決。

（2）設備不統一，工藝不通用。

目前，雖然主流的金屬增材制造設備的基本組成結構大體相同，但每個制造商的設備都有自己的獨特之處，在成形尺寸、能量源功率和束徑、送粉/送絲方式、成形精度、預熱溫度等方面都不相同，甚至原材料、工藝軟件和工藝參數也都是各自開發。原材料、設備和工藝緊密綁定，沒有相關標準來對其兼容性和質量要素進行規范，這使得同一個飛機零部件若在不同廠家的設備上進行制造，其工藝不一定通用，必須開展工藝適應性試驗和驗證，這無疑導致了生產周期的延長和成本的增加。

（3）性能評價與認證體系不完善。

增材制造零件和傳統鍛造或鑄造零件在成形工藝、顯微組織、力學性能、缺陷類型、檢測方法等方面是有差異的[33]，一項增材制造零部件是否能夠安全可靠地使用，需要通過一系列力學性能指標和無損檢測方法來評價。力學性能表征需要建立材料的全面力學性能數據庫，但目前所研究和使用的材料牌號較少，積累的力學性能數據也很有限，性能數據庫并不完善，且各制造商的材料性能數據并不直接共享，一些新研材料甚至沒有性能數據指標。此外，由于增材制造件組織和缺陷存在不均勻性和各向異性等特征，超聲檢測、射線照相檢測、工業CT 檢測、熒光滲透檢測等方法與標準不能直接沿用，否則易出現識別和界定增材制件的缺陷類型、尺寸、數量、分布等特征不到位或存在檢測盲區等問題[34-36]。目前，采用什么標準方法、什么規定設備能有效識別不同類型缺陷，采用常規方法檢測不準或無法檢測的缺陷又怎樣判定等一系列問題還缺少統一的評價標準和認證規范。

2 應對措施及建議

針對以上存在的問題，應對措施的核心是建立面向重點行業企業的國家重大裝備領域的應用示范體系，通過應用示范的帶動效應牽引全產業鏈條的發展，促進技術成熟度的提升及應用標準規范體系的建立和完善。現階段要鼓勵和引導航空航天等企業從源頭上挖掘增材制造技術的應用空間，從結構設計、制造工藝、制件后處理、質量檢測、性能驗證、應用及評價6個方面加強科研院所與應用企業的協作創新，防止各立山頭，單打獨斗，同時支持和鼓勵國家級行業協同創新平臺的建立，通過不斷擴大的應用市場帶動整個產業鏈的發展和相關問題的解決。

金屬增材制造在軍用飛機維修保障方面的應用方向與建議

1 軍用無人機大膽應用

無人機是由人為操縱的不載人飛機，主要用于完成特殊的軍事偵察或作戰任務。未來無人機將主要分為3 大類，即高空長航時無人機、高速機動無人機和低成本無人機，其任務和用途也會從主要用于偵察逐步發展到通信中繼、電子對抗、后勤補給和空中打擊等領域。這要求無人機在有限的體積內要具有更輕的質量、更好的力學性能以及實現更大的任務載荷的能力。有些無人機甚至要將78%～80%的機體質量讓渡給燃油、武器和隱身補償等系統[37]，這使得無人機的零部件朝著輕量化、整體化、拓撲化、結構功能一體化等方向發展。一些特異形狀和結構的零部件一旦損傷，采用傳統的制造方法制造成本很高甚至難以實現，而采用增材制造技術生產這類零部件在縮短制造周期的情況下幾乎不會增加額外成本。因此時效性和經濟性是無人機維修保障時選擇增材制造技術的首要因素。此外，增材制造技術應用于無人機維修和保障的風險性相對更小，一些小型無人機在損傷的情況下甚至可以整體更換外部構件，這可以顯著提升作戰效率，降低作戰裝備成本，具有真正的實戰應用意義。

2 軍用有人機由點及面有序推進

有人機維修保障中，使用零部件的高可靠性和保障人的絕對安全性是首要的考慮因素，因此未經過全面考核驗證的零部件是不能直接裝機使用的。飛機零部件一般可分為關鍵件、重要件和一般件，對于一般性的零件，其損傷后對飛行安全是不會造成影響的，因此，采用增材制造生產的備件可先從一般性零件開始嘗試應用，逐步考核驗證，有序推進，慢慢應用到關重零件上。例如，對于接近退役的飛機，其零部件早已停產，在庫存備件已經用完的情況下，其升級改造過程可嘗試使用增材制造技術生產一些非關鍵零部件，且可以有效結合逆向工程和結構優化技術制造輕量化和整體化類型的零件，這樣可以有效延長其服役期，提升作戰飛機的可用性和出勤率，在此過程中，逐步考核驗證其零件的可靠性和穩定性。在長期積累的大量數據和實踐經驗的基礎上，將增材制造的備件逐步應用到現役飛機和關重零部件上。

3 地面隨機保障設備和工具可全面應用

軍用飛機離不開地面保障，隨著飛機型號和種類越來越多，保障設備和工具的規模也越來越大，而保障設備和工具本身也是需要維修和備件的，這類設備和工具的通用性程度一般不高，存在大量的專用設備和維修工具。戰場環境下這類設備和工具的使用與平時有很大不同，突出表現為使用頻率大、強度高、磨損快、換新時效性高。此外，在實戰中，地面保障設備很容易成為敵方攻擊的目標，一旦遭到摧毀或損傷，就會使飛機失去所依賴的保障條件，因此，地面保障設備和工具也應考慮機動作戰要求，提升快速維修效率，降低轉場攜帶的數量和規模。增材制造技術在這方面恰恰有其獨特優勢，特別是戰損時能夠實現本地化生產和快速修理，數模可通過逆向工程或遠程網絡傳輸獲得，這將大大提高備件更換的時效性，緩解地面保障裝備和工具的發展滯后于軍用飛機裝備發展的矛盾。

金屬增材制造在軍用飛機維修保障領域的發展趨勢

隨著軍用飛機從三代、四代向五代、六代發展，大量的在役飛機需要維修和保障，金屬增材制造技術在飛機維修保障領域的應用時間比較短，但應用空間是巨大的。隨著金屬增材制造技術體系的不斷發展，上下游技術產業的不斷完善，金屬增材制造在飛機維修保障領域未來的發展趨勢主要體現在3個方面。

（1）技術能力的提升與融合。目前增材制造技術在成形效率、成形精度、材料種類及表面質量等方面還有很大的提升空間，一些新技術如多能量源或復合能量源大幅域成形技術、過程在線監測與數據分析技術、粉末自動篩分循環技術、4D增材技術等不斷涌現和發展，各技術之間的交叉融合與優勢互補性逐步加強，未來增材制造的技術能力會有大幅提升。

（2）技術裝備的智能化、復合化與模塊化。人工智能、5G 通訊、大數據等技術將越來越多地融入增材制造裝備中，未來裝備的智能化程度會越來越高，裝備擁有自主的推理、判斷和決策能力，甚至通過人機對話就能實現增材制造過程。一臺裝備可以復合多種增材制造工藝，如增減材復合一體化、激光熔覆與冷噴涂復合一體化等，且裝備可以模塊化組裝與拆分，方便戰場狀態下的運輸與維護。

（3）原材料的系列化、復合化與安全性。未來增材制造專用的原材料將逐漸標準化和系列化，一些復合材料如金屬-陶瓷復合粉體、納米增強復合絲材等應用會越來越廣泛，且粉體會更加安全，適合攜運且沒有爆炸等危險。

結論

針對軍用飛機維修保障存在的保障供給能力不足和供給效率較低等問題，利用金屬增材制造的快速響應敏捷制造、定制式制造和維修再制造等獨特優勢，提高金屬增材制造的技術應用成熟度，不斷完善無人機、有人機和地面隨機保障等軍用飛機產品的金屬增材制造維修保障體系，提升保障供給能力，提高保障供給效率，推動金屬增材制造技術在軍用飛機維修保障領域應用的廣度和深度。