『』【科技动态】3D打印即将“起飞”

航空航天工业一直寻求增材制造以提高效率、减少浪费，成为增材制造早期且热情的采用者。增材制造技术已用于飞行器内部制造支架；已用于打印发动机零件，从而大大减少了组件数量；甚至被用于生产21公斤的无人机，以试验新技术。

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粘合剂喷射增材制造技术公司ExOne认为，由3D打印技术制成的零件通常用于航空航天产品。西科斯基CH-53重型直升机就是一个例子，它使用由ExOne 3D打印工具制成的复合材料空气导管。
这种好处是双向的，航空航天企业的兴趣也鼓励了3D打印的进步。航空航天工业对增材制造的功能有强烈的需求，全世界的大型航空航天制造商都在讲述他们的3D打印故事，它得到了验证，这使人们能够更认真地对待要求更高的应用。
不再有“很多废料”
出于各种原因，航空航天被增材制造所吸引。首先，航空工业广泛使用昂贵的金属，例如钛。在传统的减法制造中，超过90％的材料被去除，从而导致严峻的买飞比（BFT:buy to fly ratio）。 3D打印能够实现新形状，这意味着需要制造的零件数量将减少。通过3D打印，材料的浪费也更少。橡树岭国家实验室（ORNL）认为，航空航天产品必须使用大量的钛，会得到很多废料。在切削工具方面钛是残酷的，钛很难加工，增加了停机时间和刀具成本，但钛容易3D打印。

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图1 ORNL 3D打印的777X机翼加工工装
3D打印也被视为使用较轻材料的一种方式。除钛外，此类材料还包括铝、碳纤维和复合材料。对于某些零件，重量可以减少约一半。轻量化至关重要——东西越重，将其保持在空中所需的能量就越大。航空航天工业愿意为增材制造零件支付溢价，所有的航空航天企业都做过计算，并宣称增材制造是如何提高其竞争力的。
通用电气公司一直是最主要的增材制造采用者之一。 CFM是GE航空与法国赛峰集团之间的平股合资企业，拥有四个经过美国联邦航空管理局认证的3D打印零件。它们是用于GE90-94B的T25传感器和CFM LEAP燃油喷嘴头，以及GEnx-2B电动门开启系统（PDOS）支架和GE Passport气-油分离器。
CFM LEAP发动机的燃油喷嘴系统于2015年在阿拉巴马州一家工厂首次投入生产，这是首批因3D打印而广为人知的航空航天系统之一。去年，该工厂生产了第30000个燃油喷嘴头，该工艺也用于GEnx PDOS支架。 GE还开发了GE Catalyst ，这是一种涡轮螺旋桨发动机，可将855个常规零件组合成12个组件，而GE9X则将300多个常规零件组合成仅7个3D打印组件。 GE航空表示已经确认了80多个要使用3D打印的零件。
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图2 位于布拉格试验台上的GE Catalyst发动机
引发根本性的改变
GE航空的增材制造从大量新产品的引入开始，但是已经将重点转移到了降低现有产品成本的基础上。增材制造为GE工程师提供了全新的创造自由度，从根本上改变了他们进行设计的方式。制造成本和设计复杂性之间的范式已经颠覆，使用增材制造，可以优化设计以提高性能。 3D打印可以加速零件生产和试验，由于零件产出更快，公司提前六个月完成了Catalyst燃烧室的台架试验。

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图3 位于布拉格GE航空试验设施中上的GE Catalyst发动机