3D打印为航天军工制造带来革命性变化
3D打印作为新兴的先进制造工艺获得了全世界的瞩目，从3D打印房屋到3D打印枪支，无不吸引着人们的关注。而除了上述这些新奇的用途，国防和航空航天行业对3D打印也抱有很大的期望，希望能够通过3D打印技术的应用来削减成本和提高生产效率。
3D打印也被称为增材制造，与传统制造工艺的切削或钻孔的方式不同，3D打印通常根据计算机辅助设计的图纸，使用聚合物或金属逐层堆积制造物品。据业内技术专家称，这一工艺使用的原材料较少，在小批量制造的情况下成本会大幅减少，而且可以实现零件一次成型无需二次加工。
如今随着3D打印机变得更小、更便宜，国防和航空航天行业对其应用也越来越重视。通过使用更先进的打印机和金属材料，航空航天和军工制造企业正在试图制造传统技术难以实现的零部件设计，比如用于卫星或喷气式战斗机的支架或工具等。
通用电气（GE）公司和劳斯莱斯公司近期宣布，他们开始使用3D打印技术来制造特定的发动机部件。GE航空集团的研发负责人Steve Rengers说，多年来，通用电气已经在3D打印技术上投入了数百万美元。
2012年，GE收购了来自俄亥俄州辛辛那提的Morris Technologies和它的姊妹公司Rapid Quality Manufacturing，并把其纳入GE增材研发中心。这两家都是从事增材制造的专业公司。此后，通用电气一直致力于把3D打印融入其产品中，Rengers称。
增材制造将成为GE即将推出的LEAP发动机的一部分。LEAP发动机由CFM International负责制造，CFM是GE和法国航天企业Snecma共同成立的合资企业。
Rengers说，LEAP发动机将包括19个3D打印的燃料喷嘴。如果不使用3D打印技术，这些燃料喷嘴就必须分成多个部分单独制造，然后再焊接在一起。“每个燃料喷嘴将不得不分成20个不同的零件去制造，然后再组合在一起。”
而使用增材制造，“我们能在一台机器上一次完成，所以它使事情变得更加简单。”而且减少了组装程序中的质量风险。LEAP发动机预定于2016年正式投入生产和并向飞机制造公司销售。
Rengers说，除了燃料喷嘴，GE也在探索在其它数十种零件制造上应用3D打印技术，以及在其它发动机上使用3D打印零部件。不过，他不愿透露具体是哪些零部件。
3D Systems公司企业发展副总裁Hugh Evans说，现在越来越多的航空航天和军工企业开始拥抱3D打印技术，他们使用了更多先进而昂贵的增材制造系统，这些设备的价格往往达到50万到100万美元每台。
据天工社了解，3D打印技术的演变到现在经过了四个阶段。在早期，它被用于制作原型的模型。然后，它又被用于系统内部零部件的验证，即所谓的“功能性原型。”在那之后，它被用来制造复杂的工具。现在，3D打印可以直接制造功能部件。
随着时间的推移，甚至一些先进的3D打印机价格都将继续下降，这将推动航空航天和军工行业更多的创新。
其实3D打印技术只是一个笼统的称呼，下面还有很多不同的工艺，比如直接激光金属烧结、电子束融熔和熔融沉积成型等，所有这些技术都具有不同的特点，可应用于不同方面。
2012年，美国总统奥巴马呼吁要建立一个新兴制造技术研究所，当年美国国家增材制造创新研究院（National Additive Manufacturing Innovation Institute）成立，后改名为美国创造（America Makes）。
这家公私合营的研究机构是由国家国防制造和加工中心（National Center for Defense Manufacturing and Machining），这家中心成立之初便获得了3000万美元的联邦资金拨款。
America Makes致力于帮助工业界和政府推进3D打印。它目前正运行着22个独立项目，有数十家不同公司参与其中。
洛克希德·马丁公司正在拥抱增材制造。该公司硬件工程和先进制造业的主管Steve Betza称。“我们正在积极部署增材制造...在我们所有的业务领域。”
洛克希德目前正在卫星制造中使用3D打印的部件。一些打印零部件已经安装在飞往木星的Juno 飞船上。据天工社所知，Juno 飞船靠太阳能供电，2011年发射，预计于2016年7月到达。洛克希德公司首席科学家Suraj Rawal说，Juno 飞船上有十几个3D打印的托架。托架使用钛合金材料并通过被称为电子束熔融的增材制造工艺制造出来。
洛克希德计划将3D打印应用在其他航天器项目中，包括猎户座多功能乘员用车（Orion Multi-Purpose Crew Vehicle），Rawal说。他们已经在着手制造某些零部件，包括一个直径为7英尺的前向托架盖。
前向托架盖是有史以航空航天业打印的最大的零部件之一。虽然就目前而言只是一个原型，但Rawal目前正在考虑直接用3D打印将其制造出来。猎户座被设想为一台在外太空运送人类的车辆，人类可以乘坐它探索小行星、月球和火星。这种实验制造也非常适合3D打印大显身手，Betza说，“这是一个非常安全的，高效的组件原型制造环境。”他说，洛克希德也正在考虑在最先进的F-35联合攻击战斗机上使用3D打印零部件。一些用钛合金做的小部件可以用在F-35战机的机翼或尾翼上。该公司正在评估这种可能性。
Rawal说，洛克希德也正在考虑把3D打印应用到其他项目，“我们将继续投资推动增材制造技术在越来越多的地方应用。”他说，“在我们说话期间，这些零部件都在处于生产状态。”
波音公司也在飞机制造上集成了3D打印技术。该公司金属增材制造研究和技术首席工程师David Dietrich 说：“我们把金属增材制造技术作为我们生产制造中的一个关键技术，它不仅能使我们保持竞争优势，而且还能节约成本。”
波音聚合物增材制造研究和技术首席工程师Michael Hayes称，3D打印的风道已经安装在F/A-18超级大黄蜂上面了。“从超级大黄蜂刚开始生产时我们就这么做了。”
波音公司还使用3D打印技术制造卫星支架，Dietrich说。但他拒绝透露具体是哪种卫星。“在卫星内部有限的空间内你需要设计大量的功能，这其中每立方英寸、每一公斤都花费巨大。”而增材制造给了工程师充分的自由度来设计制造复杂的支架以适应这些狭小的内部空间。仪器仪表，比如传感器，可以放在（支架）上面。
波音公司是3年前首次使用3D打印的支架的，现在还在继续开发这方面的应用。Dietrich说，增材制造在波音公司的模具生产方面也发挥了巨大作用。在组装厂里使用3D打印，工程师可以打印出定制化的工具，帮助进行复杂项目的生产。
Hayes说，3D打印的一个最大特色，就是实验的能力。增材制造很适合小规模、快速的产品创新。
Hayes说，将来整个无人机都可以3D打印出来。“'无人机'是一个伟大的产品。毫无疑问，这是一个很大的平台。但它的产量比较小，你不可能一下制造一万台出来。”但是，不要指望全3D打印的飞机会很快出现。“这是一个非常有趣的技术。[但是]它不会取代传统制造业。这只是我们制造工具箱中一个工具而已，用这个工具我们能做到过去没法做到的事情。” Hayes说。“不过目前我们还是打算让飞机维持原有的制造方式，直到事情真的出现了革命性变化。”
比如飞机上的挡风玻璃，就是现在的3D打印技术无法完成的。Dietrich说，成本也是一个因素。当涉及到复杂的项目时，增材制造是有用的，但当进入大规模生产时，它就变得昂贵而缓慢。“这是一个更加个性化的制造方式，但不一定是便宜的方式。” Dietrich说。
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