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3D打印,从航天制造“加速器”到“太空工厂”

3D打印,将让人类在航空航天征途上飞得更快 更高更远。海内3D打印及航空航天领域的专家们日前在首届“中国航空航天增材制造技巧与利用论坛”上发布,作为一项颠覆性的制造技巧,3D打印将给航空航天领域带来重大年夜厘革。

3D打印为什么受到航空航天界的分外青睐?它会带给我们哪些改变?这得从3D打印技巧的道理特征提及。3D打印技巧出生于上世纪80年代的美国,可将物体进行三维布局化设计,采纳分层加工、叠加成形的要领,以激光束或电子束作为热源,将塑料、金属合金、陶瓷等粉末材料按照预先设计的图形逐层高温熔化、凝固,着末获得与零件三维模型完全同等的真实零件,也叫“增材制造”。

假如说锻造技巧类似用模具在冰箱中冻冰棍,铸造技巧像铁匠字斟句酌打铁器,那么3D打印则是一种全新的整体化制造技巧,能大年夜幅简化零件制造复杂的工艺流程,大年夜大年夜节省研制光阴并前进原材料的使用率。

繁杂零件轻松“搞定”

不论是今世的飞机照样航天器,都追求用尽可能少和轻的材料实现最大年夜强度和刚度,是以构件经常采纳“占空比”很大年夜的异形设计,导致其布局分外繁杂,外形“歪瓜裂枣”,像做过“镂空”处置惩罚,用切削加工的要领制造则难度很大年夜,无意偶尔95%的材料都被切割掉落,且制造周期长达几个月。

3D打印技巧恰好增补了老例制造措施的不够,能快速地打印出布局繁杂的零件,是实现布局繁杂零件产品化的捷径。

想象一下,将飞机的涡轮盘、框梁,航天发念头泵壳体、航天器的网格壁板密封舱等关键部件,从三维模型剖切成多少层二维“薄片”,那么不论这个三维零件布局多么繁杂,只需逐层打印二维“薄片”并叠加粘结,就可快速将产品完备做出来。

前不久,我国成功发射的首枚新一代运载火箭“长征七号”的某试验搭载中,就有用3D打印技巧制造的钛合金构件。中国运载火箭技巧钻研院副总工程师陈济轮向记者走漏,采纳3D打印只用7天就搞定以往好几个月才能加工完的零件。

中国工程院院士、北京航空航天大年夜学教授王华明回忆说,国产大年夜飞机C919机头工程样机的主风挡框、连接机翼和机身的高低缘条等钛合金大年夜型繁杂症构造件就曾采纳3D打印制造,只用几十天光阴就完成了传统工艺耗时两年的事情,材料用量不够传统锻件的十分之一。

“若应用3D打印技巧制造航空航天构件,至少可以压缩一半的周期和资源。”中国工程院院士、西安交通大年夜学教授卢秉恒日前在首届“中国航空航天增材制造技巧与利用论坛”上先容,美国宇航局2013年经由过程3D打印技巧制造的J—2x火箭发念头喷注器就在高温焚烧试验中孕育发生了创记载的9吨推力,并使整体式喷注器组零件数由原本的115个集成为2个,大年夜大年夜前进了临盆效率。

从空间“五金店”到“太空工厂”

“缩短型号研发流程,实现繁杂布局产品的小批量快速制造只是3D打印作为颠覆性技巧的一个方面。”陈济轮觉得,3D打印将会突破传统制造工艺对先辈布局设计的制约,让产品设计师放手做出“天马行空”的设计。

如今,3D打印已将人类临盆制造活动延展到外太空。众所周知,太空情况与地面上完全不合,便是紧固螺帽这么简单的事情,在空间站都受到极大年夜制约,更别说制造对象。

因而在3D打印机被送上太空曩昔,人类进入太空就像去户外露营,得把要用的对象都带齐备。但自从空间站有了3D打印机,宇航员可以随时设计打印出急需的个性化对象,就像多了个空间“五金店”。美国宇航局的地面事情职员就曾经由过程电子邮件给空间站传了一个数字模型文件,由空间站上的宇航员自立地3D打印出一个急需的套筒扳手。

据悉,美国宇航局计划将3D打印技巧利用到太空发射系统的创建和“猎户座”飞船的火箭部件上,并使之成为未来登岸火星计划的一部分。

曾任欧洲空间局局长的让·雅克·多尔丹近日在北京吸收记者采访时表示,3D打印技巧利用前景广阔,或将在未来空间资本开拓使用中,赞助人们直接在太空中进行矿产开拓与深加工,实现飞行器在空间维修和燃料加注,使人类在深空探测中走得更远。

科学家信托,跟着3D打印技巧的赓续进步,人类未来有可能将地面制造工厂搬到外太空,使用太空中真空、超低温等特殊情况和无限的空间及能源,制造出更多高精尖的产品。

助力中国航天制造 机遇与寻衅并存

在麦肯锡公司2013年公布的一份申报中,3D打印在往后影响人们临盆组织模式和社会生活的十二项重大年夜颠覆性技巧中名列第九。欧美列都城意识到3D打印技巧在航空航天领域的上风以及在空间站扶植、深空探测等领域的潜在利用前景,各自形成了3D打印成长路线图,并在航空航天领域积极作出支配。当你能用一台3D打印机制造出飞机时,还会有谁必要数以亿计美元的临盆举措措施?钻研职员试图应用3D印刷技巧来制造一架能自行飞上天的飞机。

“我国的3D打印技巧比拟国外,钻研起步并不晚,某些方面还处于领先职位地方,但应看到,我国3D打印财产成长较慢,企业规模不够。”卢秉恒院士坦言,今朝仍存在着大年夜型零件批量化临盆难度大年夜、产品的疲惫强度等机能满意适航前提难,短缺统一的制造和校验标准、设备昂贵等瓶颈,和国皮毛比,存在数量级的差距。

如今,中国对3D打印技巧日益注重,迎来3D打印优越的成长机遇。3D打印已被算作“中国制造2025”的一项紧张工程来成长,国家已制订了响应的成长筹划,并从十三五开始进行财力支持。

可以预见,跟着3D打印技巧规模的财产化,传统的工艺流程、临盆线、工厂模式、财产链组合都将面临深度调剂。3D打印技巧在中国航空航天领域上的利用前景也将充溢无限可能。

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