淺析3D打印技術(shù)對(duì)于航空航天材料的智能化設(shè)計(jì)作用

李亞軒

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，航空航天領(lǐng)域也呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展新態(tài)勢(shì)。航空航天材料的設(shè)計(jì)也在向多樣化、智能化及信息化方向發(fā)展。本文簡(jiǎn)述了3D打印技術(shù)的概念及發(fā)展特點(diǎn)以及3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空航天材料設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上探析了3D打印技術(shù)對(duì)航空航天材料智能化設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用，旨在推動(dòng)3D技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；航空航天材料；智能化設(shè)計(jì)；作用

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0103-01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，航空航天領(lǐng)域也呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展新態(tài)勢(shì)。航空航天材料的設(shè)計(jì)也在向多樣化、智能化及信息化方向發(fā)展。但是在材料的設(shè)計(jì)過程中仍然面臨著設(shè)計(jì)成本高、設(shè)計(jì)精確度要求高等問題，這就要求設(shè)計(jì)者們必須嚴(yán)密地設(shè)計(jì)出需要的航空材料，并且盡可能地減小誤差，這也給設(shè)計(jì)者帶來了很大的技術(shù)難題。3D打印技術(shù)為此類問題的解決提供了新的方案[1]。

1 3D打印技術(shù)的概念及發(fā)展特點(diǎn)

1.1 3D打印技術(shù)的概念

3D打印技術(shù)即一種快速打印樣品成型技術(shù)。其原理是將金屬粉末或塑料粉末等當(dāng)做打印“墨”，根據(jù)數(shù)字模型要求，再通過逐層打印的方式打印出成品，這種技術(shù)在國外也被稱為“增材制造”。3D打印技術(shù)的發(fā)展得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與突破，其打破了傳統(tǒng)打印的意義。此外，隨著3D打印技術(shù)的不斷完善與成熟，其越來越多地應(yīng)用于生活、社會(huì)活動(dòng)以及高科技等各個(gè)方面，諸如航天航空領(lǐng)域，對(duì)于我國高科技的發(fā)展有著重要的意義。

1.2 3D打印技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)

3D打印技術(shù)發(fā)展歷程大致如下：1984年的基于數(shù)字資源的三維立體模型打印技術(shù)、1993年發(fā)明的3D印刷技術(shù)（3DP）、1996年具有真正意義上的的“3D打印機(jī)”問世、2005年第一臺(tái)彩色“3D打印機(jī)”——Spe問世、2010年可以打印整個(gè)身軀轎車的“3D打印機(jī)”出現(xiàn)、2011年能夠打印飛機(jī)的“3D打印機(jī)”出現(xiàn)。3D打印技術(shù)在不斷朝著復(fù)雜、多樣化以及高科技等領(lǐng)域的方向發(fā)展。因?yàn)槠洳恍枰獋鹘y(tǒng)的機(jī)械加工或制造模具就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)生成任何形狀的物體，極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。這對(duì)航空航天材料的智能設(shè)計(jì)起著很大的作用[2]。

2 3D打印技術(shù)運(yùn)用于航空航天材料設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)

2.1 節(jié)省材料

一個(gè)飛機(jī)機(jī)身的模型需要許多零件和部分組成，而應(yīng)用3D打印技術(shù)之后，不用剔除航空材料的邊角料，提高了材料的利用率。此外，3D打印技術(shù)取代了傳統(tǒng)的大規(guī)模、占用空間以及耗人力等的生產(chǎn)線，從而最大化地節(jié)省了材料，降低了成本。

2.2 制作材料精度高

材料的精確設(shè)計(jì)是確保航天航空領(lǐng)域安全發(fā)展以及快速發(fā)展的最基本要求。而傳統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)無法保證人為的錯(cuò)誤以及將誤差降到最低等，這就限制了航天航空的發(fā)展。因此，3D打印技術(shù)運(yùn)用于航天航空領(lǐng)域時(shí)，給航空航天的智能化材料設(shè)計(jì)帶來的將是質(zhì)的飛躍與創(chuàng)新。

2.3 無需傳統(tǒng)模具

3D打印技術(shù)在智能化材料設(shè)計(jì)過程中不用使用傳統(tǒng)的刀具、機(jī)床以及其他磨具，通過將產(chǎn)品的外形等通過計(jì)算機(jī)技術(shù)如AUTO CAD技術(shù)設(shè)計(jì)出來，然后直接打印生成實(shí)物產(chǎn)品。這在很大程度上簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)磨具下的制造工藝。

2.4 縮短材料制作周期

3D打印技術(shù)可以自動(dòng)、快速、直接和精準(zhǔn)地將計(jì)算機(jī)中的三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，甚至能夠直接制造零件和模具，繞過了傳統(tǒng)的制造工序，從而有效地縮短了材料設(shè)計(jì)的研發(fā)與制作周期。

3 3D打印技術(shù)對(duì)航空航天材料智能化設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用

3.1 促進(jìn)了航空航天材料設(shè)計(jì)技術(shù)的革新

3D打印技術(shù)的運(yùn)用加快了其材料智能化的設(shè)計(jì)進(jìn)程，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維和方法，使得航天領(lǐng)域設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展及完善，更是將高科技與制造業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)合推向了一個(gè)新的高度，加快了智能設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展與革新。

3.2 促進(jìn)了航空航天材料設(shè)計(jì)成本的降低

在航空領(lǐng)域，不管是創(chuàng)新設(shè)計(jì)還是機(jī)械制造，都需要嚴(yán)密規(guī)整的模型。在造一架飛機(jī)時(shí)，要經(jīng)過無數(shù)的模型模擬，而每一次模型的制造以及模擬都需要很大的財(cái)力支持。而應(yīng)用3D打印技術(shù)，這種資金消耗將得到大幅度降低。3D打印技術(shù)依靠高精確度使得設(shè)計(jì)時(shí)模型能夠精準(zhǔn)使用物料，這使得設(shè)計(jì)材料時(shí)所使用的資金的到合理的運(yùn)用。

3.3 促進(jìn)了航空航天材料設(shè)計(jì)的創(chuàng)意性發(fā)展

在航空航天領(lǐng)域，其運(yùn)用3D打印技術(shù)可以促進(jìn)材料設(shè)計(jì)的智能創(chuàng)新，可以促進(jìn)飛機(jī)機(jī)身的多形狀化發(fā)展、零件的多顏色發(fā)展等。在使用3D打印技術(shù)之后，我們有理由期待一種更先進(jìn)更具有創(chuàng)意性的航空航天產(chǎn)品。

3.4 促進(jìn)航空航天材料設(shè)計(jì)的人性化發(fā)展

運(yùn)用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)智能化之后，材料制作可以向著個(gè)性化、多樣化方向發(fā)展，例如：我們可以根據(jù)每家航空公司理念等的不同設(shè)計(jì)出富有個(gè)性化、突出其理念的產(chǎn)品，而不是趨同的制作，比如航天飛機(jī)上的座椅可以根據(jù)員工的操作習(xí)慣以及身體結(jié)構(gòu)量身“3D”打造。這體現(xiàn)出材料制作的個(gè)性化，而這得益于3D打印技術(shù)的運(yùn)用。

4 結(jié)語

綜上所述，筆者認(rèn)為基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的3D打印技術(shù)以其高精確度、高生產(chǎn)率等特點(diǎn)將快速融入航空航天領(lǐng)域材料的智能化設(shè)計(jì)。但是，目前該技術(shù)仍然存在著強(qiáng)度低、材料存在局限性等缺點(diǎn)，因而其應(yīng)用范圍還不是太廣泛。不過我們相信，3D打印技術(shù)的進(jìn)一步完善會(huì)深刻的影響我們生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉銘，張坤，樊振中.3D打印技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J].裝備制造技術(shù)，2013（12）：232-235.

[2]賈平，李輝，孫棕檀.國外3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].國際太空，2015（4）：31-34.