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[原创]科普:3D打印技术在航天科技领域的最新进展


30年前,德国人Hull在自家后院的实验室中发现,一些光敏聚合材料在紫外灯的照射下,可以迅速由液体状态转变为固体状态。基于这一特性,Hull用一种全新的方法制造了世界上第一个由计算机设计直接生产成品的塑料部件——用于桌角固定的榫卯件。从此,一种全新的生产制造方式出现了,这就是基于光固体原理的3D打印制造技术。


当前,3D打印技术的应用领域已经相当广泛,尤其是在医学器官移植领域,3D打印技术已经到了走出实验室的最后一公里。


今天我们讨论的重点是3D技术在航空航天领域的应用。首先,我们要抛弃的一个观点是,3D打印仅仅是生产一些在航空航天领域中批量生产成本高昂的铆钉一类的非核心部件,同时也不能将3D打印设想成一个什么都可以实现的全能技术。


航空领域中,3D打印最能体现其天然优势的领域是在发动机引擎那高温涡扇叶片的生产上。此前F35用到3D打印生产的紧固件,只是该技术的入门级水平。


航空航天领域,率先将3D打印技术引入核心设备中核心部件制造生产流程的是几家发动机引擎生产商。据发动机引擎制造商CFM产品Roadmap显示,装备有3D打印生产的核心部件的航空发动机引擎,最早也要到2016年下半年才能出现。


CFM公司是美国GE航空与法国斯奈克码公司的合资企业,双发各持50%股份,总部设在法国。从公司组建伊始,两家公司就要求CFM要用当期最先进的技术设计制造成本低廉,维护简单便利的LEAP系列喷气引擎。


CFM的竞争对手,RR公司也在进行同样的研究。从已经公布出来的消息看,2010年前后,完成了从塑料材料向金属材料的过渡。实现了对铝、镍、钢材料3D打印制程的掌握。2012、13年前后,实现了对陶瓷基复合材料制程的掌握。也就是说,当前,3D打印基础材料的限制基本被攻克。制造商可以随心所欲地选择自己认为合适的材料通过3D打印技术实现部件的生产。


在CFM和RR公司可以浏览的年度财务陈诉报告中显示,2014年,两家公司针对3D打印研发重点将从基底材料的研究转向对核心部件制程的研发——这些核心部件有引擎中的耐高温喷嘴和引擎涡扇扇叶。


3D打印制程可以实现从电脑桌面到产品的短流程生产,但是却取代不了部件的组装与样机测试,完成整个组装测试流程大约需要2年左右的时间,也就是CFM集团提到的2016年。在我手头的资料中, 有关国内引擎制造企业采用3D打印技术的材料几乎为空白。不敢说中国没有这方面的研究,也许是涉及公司的核心的机密尚处在保密阶段,这个不得而知。


据空客公司2050年关于航天器生产方式的预测报告,2050年前后,航天器部件生产将全部实现短制程柔性生产,届时几乎全部由3D制程生产的部件总装而成的商用飞机将成为现实。


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