3D打印技術(shù)在飛機(jī)維修上的應(yīng)用

羅健

摘 要：伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，飛機(jī)的使用越來(lái)越廣泛，進(jìn)而使飛機(jī)制造業(yè)與維修領(lǐng)域迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展階段。為了進(jìn)一步提升飛機(jī)制造業(yè)和維修領(lǐng)域的服務(wù)質(zhì)量，飛機(jī)維修行業(yè)中引進(jìn)了3D打印技術(shù)，這樣一來(lái)，飛機(jī)制造與維修領(lǐng)域的發(fā)展可以更加持續(xù)、穩(wěn)定。為了使消費(fèi)者更加滿意現(xiàn)代飛機(jī)制造與維修領(lǐng)域的服務(wù)，飛機(jī)制造企業(yè)不斷地應(yīng)用3D打印技術(shù)，使3D打印技術(shù)在飛機(jī)制造行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越成熟。

關(guān)鍵詞：3D打??；飛機(jī)維修；應(yīng)用；前景

引言

近些年來(lái)，3D打印技術(shù)作為一種全新的加工技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展，使傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式發(fā)生了極大的改變，特別是在飛機(jī)、汽車(chē)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了這些行業(yè)的發(fā)展水平。但因?yàn)?D打印技術(shù)在我國(guó)飛機(jī)維修與制造領(lǐng)域尚處于初級(jí)發(fā)展階段，所以一些企業(yè)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用還存在不到位的情況，需要相關(guān)行業(yè)對(duì)應(yīng)用中的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化并有效解決。

1簡(jiǎn)述3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又被稱為增材制造技術(shù)，它是根據(jù)離散/堆積原理利用材料積累的方式來(lái)對(duì)零部件進(jìn)行制造的一種加工技術(shù)，3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的制造技術(shù)來(lái)說(shuō)，它能夠借助于計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)建出零件的3D模型，并將這些3D模型進(jìn)行拆分，使其成為具有一定厚度的若干薄片，并通過(guò)自下而上的方式來(lái)將這些薄片進(jìn)行疊加成形，以此制作成與3D模型一模一樣的三維實(shí)體零件。3D打印技術(shù)能夠有效滿足一些加工起來(lái)非常復(fù)雜的零件制造，并且加工速度非?？焖?，從而極大減少了零件的制造周期。3D打印技術(shù)依據(jù)其制作材料與加工方法共分為七類(lèi)，分別是光固化立體成形、電子束選區(qū)熔化成形、金屬激光熔融沉積成形、熔融沉積成型、分層實(shí)體制造成形、電子束熔絲沉積成形與電子束選區(qū)熔化成形。

2飛機(jī)維修領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1減輕飛機(jī)零件的重量

在航空航天領(lǐng)域中，飛機(jī)和飛船是由數(shù)量眾多的零部件組裝而成的，而這些零部件如果重量較大，就會(huì)大大增加飛機(jī)和飛船的油耗量，這不利于節(jié)能效果的實(shí)現(xiàn)，并且還會(huì)使飛機(jī)與飛船的載重量大幅度下降。而通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行維修時(shí)，可以采用鈦合金制造相應(yīng)的材料，進(jìn)而降低飛機(jī)的整體重量，提高飛機(jī)的載重能力，實(shí)現(xiàn)輕量化，也能有效降低油耗。

2.2應(yīng)用3D打印技術(shù)可以縮短制造時(shí)間

在飛機(jī)維修領(lǐng)域中，一些高精度零件出現(xiàn)故障之后，需要進(jìn)行更換，但這種零件制造起來(lái)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)還要應(yīng)用各種加工設(shè)備，在零件加工過(guò)程中，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式是利用銑削機(jī)床等工具來(lái)對(duì)零件進(jìn)行加工的，在零件加工過(guò)程中流程不僅非常繁瑣，而且極易造成加工出錯(cuò)而導(dǎo)致零件的無(wú)法使用，從而浪費(fèi)了大量的時(shí)間，使飛機(jī)的維修時(shí)間大大延長(zhǎng)。而通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)對(duì)零部件的制造工藝進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，不僅能夠降低零部件加工的出錯(cuò)率，還能有效保證零部件的加工精度，極大提高了零部件的加工速度，制造相同的零件，也許傳統(tǒng)的加工方法需要半年的時(shí)間，而采用3D打印技術(shù)，則只需要一個(gè)月的時(shí)間就能完成相同的工作量，進(jìn)而大大縮短了現(xiàn)代飛機(jī)維修工作的周期。

2.3應(yīng)用3D打印技術(shù)可以優(yōu)化復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的加工質(zhì)量

在航天航空領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的加工技術(shù)在對(duì)復(fù)雜鈦合金構(gòu)件進(jìn)行加工與制造時(shí)，很難通過(guò)鍛造與鑄造手段進(jìn)行制作，而通過(guò)焊接的方式又會(huì)給鈦合金造成腐蝕，因此，復(fù)雜鈦合金零件的腐蝕便成了飛機(jī)故障的主要原因之一。通過(guò)3D打印技術(shù)中的激光鈦合金成形技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的加工，避免鈦合金發(fā)生腐蝕，還能通過(guò)疊加技術(shù)的應(yīng)用來(lái)節(jié)省絕大部分的昂貴材料，并且不需要制做任何專用模具，從而極大程度的節(jié)省了加工成本，縮短了加工時(shí)間，顯著增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度。

2.4提高高精度零件的修復(fù)效果

激光熔覆技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，其對(duì)飛機(jī)的修復(fù)產(chǎn)生了直接的影響。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉輪和轉(zhuǎn)動(dòng)空氣密封墊等零部件可以通過(guò)表面激光熔覆強(qiáng)化得到修復(fù)。近年來(lái)，激光熔覆技術(shù)本身也在不斷的發(fā)展，2017年，德國(guó)某研究機(jī)構(gòu)還開(kāi)發(fā)出超高速激光材料沉積-EHLA技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使得定向能量沉積技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的表面質(zhì)量更高，甚至達(dá)到涂層的效果，目前EHLA技術(shù)已經(jīng)迅速的被德國(guó)通快商業(yè)化。除了激光熔覆技術(shù)，冷噴增材制造技術(shù)正在引起再制造領(lǐng)域的注意。其中，GE公司就通過(guò)向飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面以超音速的速度從噴嘴中噴射微小的金屬顆粒，為葉片受損部位添加新材料而不改變其性能。除了不需要焊接或機(jī)加工就能制造全新零件，冷噴技術(shù)最顯著的優(yōu)勢(shì)在于它能夠?qū)⑿迯?fù)材料與零件融為一體，恢復(fù)零件原有的功能和屬性，進(jìn)而提高了飛機(jī)維修工作的質(zhì)量和有效性。

3飛機(jī)維修領(lǐng)域應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)需要注意的問(wèn)題

作為第三次工業(yè)革命制造領(lǐng)域的典型代表技術(shù)，3D打印的發(fā)展時(shí)刻受到各界的廣泛關(guān)注。而金屬高性能增材制造技術(shù)（金屬3D打印技術(shù)）被業(yè)內(nèi)專家視為3D打印領(lǐng)域高難度、高標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展分支，在工業(yè)制造中有著舉足輕重的地位。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，航空航天作為3D打印技術(shù)的首要應(yīng)用領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無(wú)所不能的，在實(shí)際生產(chǎn)中，其技術(shù)應(yīng)用還有很多亟待決絕的問(wèn)題。比如目前3D打印還無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，無(wú)法充分滿足高精度需求。此外，制約3D打印發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素就是其設(shè)備成本的居高不下，大多數(shù)民用飛機(jī)企業(yè)還無(wú)法承擔(dān)起如此高昂的設(shè)備制造成本。但是隨著材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及激光技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)的制造成本將會(huì)不斷降低，進(jìn)而滿足飛機(jī)維修與制造業(yè)對(duì)該技術(shù)的需求。

4 3D打印技術(shù)在飛機(jī)維修中的應(yīng)用前景

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。3D打印的概念已經(jīng)不僅僅停留在工業(yè)設(shè)計(jì)階段，而是在越來(lái)越多的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，因此，3D打印技術(shù)在航空裝備維修領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景。

第一，3D打印技術(shù)可以及時(shí)打印出出現(xiàn)故障的部件，在未來(lái)信息化社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，任何地區(qū)的飛機(jī)制造企業(yè)如果需要更換損壞的部件，就可以利用3D打印機(jī)將需要的部件“打印”出來(lái)，然后由技術(shù)保障人員進(jìn)行裝配，這就可以讓飛機(jī)重新投入使用。

第二，3D打印技術(shù)可以減輕飛機(jī)維修行業(yè)的后勤保障壓力。3D打印應(yīng)用于飛機(jī)維修后，只要計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有某種物件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，就可以直接調(diào)出、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)航材的數(shù)字化與柔性化，進(jìn)而減輕了零部件采購(gòu)、倉(cāng)庫(kù)管理等工作的壓力。

第三，3D打印技術(shù)適合于單件、小批量零件的生產(chǎn)。這一點(diǎn)對(duì)于數(shù)量較少的小型號(hào)飛機(jī)維修工作來(lái)說(shuō)具有極高的應(yīng)用價(jià)值，在維修時(shí)可以避免重新開(kāi)模具，直接利用3D打印技術(shù)便可得到相應(yīng)的零件。

結(jié)語(yǔ)

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力，可以生產(chǎn)復(fù)雜、特殊、個(gè)性化的產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)，可以形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)。面對(duì)新的生產(chǎn)方式變革和發(fā)達(dá)國(guó)家大力推進(jìn)的“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，我國(guó)也應(yīng)高度重視3D打印等新型數(shù)字化制造技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，加大人才培養(yǎng)、市場(chǎng)培育和應(yīng)用推廣的力度，努力在數(shù)字化革命和智能制造的“機(jī)會(huì)窗口”前取得3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)。

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