3D打印進入噴氣時代

編譯 程夢瑤

3D打印進入噴氣時代

澳大利亞莫納什大學在今年2月份舉辦的澳大利亞國際航空展上展示了世界上首次運用3D打印技術制造的飛機引擎（被稱為輔助動力裝置）。這項制造業(yè)的技術突破將促使飛機引擎更廉價、輕便、節(jié)能。

編者按

發(fā)端于上個世紀90年代的3D打印技術，在進入21世紀以后呈現(xiàn)出井噴式的發(fā)展態(tài)勢。依托于增量制造技術，3D打印在工業(yè)設計、建筑、汽車、航天航空、醫(yī)療、教育、地理信息等領域都展開了廣泛的應用實踐。

2014年12月7日，中國首臺航天3D打印機用鈷鉻合金材料打印的航空發(fā)動機葉輪橫空出世。或許在未來，只需運送一臺3D打印機到太空，航天員就可以在太空自主打印所需的物品。在今年2月份舉辦的澳大利亞墨爾本國際航空展上，展出了兩臺運用3D打印技術制造的飛機引擎，這是世界首臺3D打印的飛機引擎。

雖然在中國3D打印還處于初級階段，整體產(chǎn)業(yè)體量還較小，被認為是有錢人才玩得起的“高級玩具”，伴隨著人類無窮無盡的想象力和創(chuàng)造力，在不遠的將來，3D打印將走進你我家中。

在世界范圍內(nèi)十分流行的3D打印使增量制造技術變得家喻戶曉，但它不可能在短期內(nèi)取代可以用于批量生產(chǎn)的金屬加工技術。

超越傳統(tǒng)的增量制造技術

增量制造技術也叫快速成型技術(Rapid Prototype)，誕生于20世紀80年代后期,區(qū)別于利用車削銑磨等傳統(tǒng)加工方法的制造技術，是基于材料堆積法的一種高新制造技術, 被認為是近20年來，制造領域的一個重大成果。

增量制造技術是基于材料累加原理的快速成型操作過程,實際上是逐層疊加制造零件，可以形象化理解成一整條面包的結構是一片面包落在另一片面包之上一層層累積而成的。

對于定制化的應用而言，即便是需要滿足嚴格的工程技術要求，或是需要保證產(chǎn)品在“容差”范圍內(nèi)，增量制造技術仍然會以驚人的速度取代傳統(tǒng)方式。

通過逐層打印的方式構造機器的零部件意味著，在構造復雜的形狀時，比打造一塊金屬更簡單，并且可以移除不需要的部分。這樣也可以減少浪費。

草動知風向，這項最新的技術目前來自兩個地方。

英國著名的航空發(fā)動機公司羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）正在測試利用3D打印技術生產(chǎn)商業(yè)噴氣飛機的零部件。位于澳大利亞墨爾本的莫納什大學的研究小組已經(jīng)按照這種方式創(chuàng)建了一個完整的、小型的發(fā)動機。

3D打印引入航空領域

羅爾斯·羅伊斯公司的計劃是使用3D打印技術構建Trent xwb-97（羅爾斯·羅伊斯研發(fā)的渦輪風扇系列發(fā)動機）發(fā)動機前軸承座。

Trent XWB-97的前軸承座，軸承座包括48片機翼葉，能將空氣引入飛機的壓縮機。它的直徑為1.5米，長度為0.5米，由鈦和鋁的合金構成。

羅爾斯·羅伊斯公司的增量制造部門由尼爾·曼特爾領導，工程師一直在試驗用3D打印技術來完成Trent系列發(fā)動機軸承座的生產(chǎn)，打印的材料是電子束熔化粉末合金。該合金經(jīng)過熔融、固化最后被打印成相應的結構。

在實地測試中，結果令人滿意，但需要等到裝有3D打印引擎的飛機實地起飛后，才能證明這項測試是否完全成功。羅爾斯·羅伊斯公司將在今年下半年進行實地飛行試驗。

3D打印制造飛機引擎

澳大利亞莫納什大學在今年2月份舉辦的澳大利亞國際航空展上展示了世界上首次運用3D打印技術制造的飛機引擎（被稱為輔助動力裝置）。

它可以發(fā)電，還可以幫助啟動飛機的主發(fā)動機。盡管和其他噴氣式發(fā)動機的設計原理相同，旨在對飛機產(chǎn)生助推力，但它確實能起到作用。

這項制造業(yè)的技術突破將促使飛機引擎更廉價、輕便、節(jié)能。研究人員計劃，在未來一年內(nèi)對3D打印的引擎零件進行飛行測試，并在兩到三年內(nèi)將其應用于商業(yè)領域。

澳大利亞莫納什大學增量制造技術中心主任吳新華，與她的同事們根據(jù)法國一家名為賽峰微型渦輪發(fā)動機公司（Safran Microturbo）提供的模型構建液壓動力單元，他們正在建立基于3D打印技術的合作項目。

他們利用激光而不是電子束來實現(xiàn)熔融，打印的部件是由鈦、鎳和鋁的合金制成，長為60厘米，直徑40厘米，重量38千克。

目前還不能完全確定這臺利用3D打印技術制造的引擎是否能夠使用，但測試計劃已經(jīng)在有條不紊地進行中。

不再是小玩意兒

“這是一個證明我們可以做什么的機會?！眳切氯A教授說。

“但是，當我們仔細審視這項計劃時，我們會認識到，這種發(fā)動機的制造方法已經(jīng)發(fā)展了許多年。所以我們可以把發(fā)動機進行拆解，并掃描其組件。然后，我們可以利用3D打印出兩份復制品?！?/p>

與羅爾斯·羅伊斯公司類似，賽峰微型渦輪發(fā)動機公司并不打算打印整個發(fā)動機。但某些部件，比如中心軸，使用這種技術則更加便利。兩家公司紛紛表示對3D打印技術充滿興趣，在不久前還被許多人看作是小玩意兒的3D打印技術，現(xiàn)在—已經(jīng)開始準備承擔一些重要任務了。

來源：《The Economist》（《經(jīng)濟學人》2015年3月刊)

3D打印行業(yè)應用案例

3D打印機的應用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。

無人機：美國國防部用于巡航的3D打印無人機，速度為每小時40英里，續(xù)航能力達45分鐘。

牙科：為了更加適配個人的牙床和口腔特點，科學家通過3D打印打造牙齒固位器、牙橋和牙套等牙科用品。

骨架：通過CT掃描了解病人的骨架，然后利用3D打印技術為病人構建一副新骨。

槍支：全球首款完全利用3D打印技術制造的手槍Liberator，在前年引起一時轟動。雖然被美國政府部門叫停，畢竟3D打印文件上傳網(wǎng)絡后，每個人都可以成為手槍制造商。