3D打印助C919直上云霄
2015年11月2日，一個(gè)被中國(guó)航空史銘記的日子，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919首架原型機(jī)正式總裝下線！標(biāo)志著中國(guó)實(shí)現(xiàn)了多年的“大飛機(jī)”夢(mèng)想！
“大型客機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)制造能力是一個(gè)國(guó)家航空水平的重要標(biāo)志，也是一個(gè)國(guó)家整體實(shí)力的重要標(biāo)志。制造大飛機(jī)承載著幾代中國(guó)人的航空夢(mèng)?！薄?xí)近平“大飛機(jī)夢(mèng)”是中國(guó)傳承了幾代人的航空夢(mèng)想，大飛機(jī)作為一國(guó)科技水平和工業(yè)實(shí)力的集中體現(xiàn)，戰(zhàn)略意義非凡！
C919大型客機(jī)的正式下線，對(duì)中國(guó)大飛機(jī)的制造甚至是高端制造業(yè)都有著劃時(shí)代的意義，它向世界正式宣告中國(guó)可以自主生產(chǎn)大型客機(jī)了。
一架大飛機(jī)約有400萬(wàn)個(gè)零部件，據(jù)了解，本次下線的C919大型客機(jī)部分部件采用的是目前比較熱捧的3D打印技術(shù)。大飛機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，其中涉及到非常多的技術(shù)和工藝，相對(duì)于傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)進(jìn)入航空制造業(yè)也是一種全新的嘗試。那么，3D打印與本次下線的C919有著怎樣的“前世今生”呢？
11月2日，上海國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919總裝下線儀式現(xiàn)場(chǎng)
國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919
一、大飛機(jī)C919中央翼?xiàng)l為3D打印
中航工業(yè)的資料顯示，從2001年起，我國(guó)就開(kāi)始重點(diǎn)發(fā)展以鈦合金構(gòu)件激光快速成型技術(shù)為主的激光3D打印技術(shù)。其中，于2012年10月至11月首飛成功的機(jī)型，廣泛使用了3D打印技術(shù)制造的鈦合金主承力部分，包括整個(gè)前起落架。
C919客機(jī)中央翼?xiàng)l長(zhǎng)達(dá)3米，是大型鈦合金構(gòu)件，3D打印技術(shù)的融入直接解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問(wèn)題，因此具有劃時(shí)代的意義。同時(shí)，這一技術(shù)的應(yīng)用也標(biāo)志著我國(guó)在大飛機(jī)制造方面形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色新技術(shù)。
圖為中國(guó)展示國(guó)產(chǎn)3D打印鈦合金戰(zhàn)機(jī)零件
二、3D打印讓設(shè)計(jì)師更為隨心所欲
一般來(lái)說(shuō)，航空航天零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高昂，一旦出現(xiàn)瑕疵或缺損，只能整體更換，可能造成數(shù)十萬(wàn)、上百萬(wàn)元的損失。而通過(guò)3D打印技術(shù)，可以使用同一種材料修補(bǔ)缺損部位，修復(fù)后的零部件性能不會(huì)受到影響，大大節(jié)約了時(shí)間和金錢。
截至目前，已經(jīng)比較成熟的3D打印技術(shù)通常分為4類：包括光固化技術(shù)、疊層實(shí)體制造技術(shù)，熔融沉積造型技術(shù)和激光燒結(jié)技術(shù)。而航空領(lǐng)域最前沿的技術(shù)為金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)。該技術(shù)以合金粉末為原料，通過(guò)激光融化逐層堆積，從數(shù)字模型一步步完成大型復(fù)雜構(gòu)件的成型。
增材制造原理簡(jiǎn)圖
SLA立體光固化成型工藝
SLA成型技術(shù)的工藝過(guò)程
金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)簡(jiǎn)圖
金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)以合金粉末為原料，通過(guò)激光融化逐層堆積成型
例如上文提到的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919，就以此技術(shù)為基礎(chǔ)打造一些鈦合金零件，主要用于飛機(jī)主風(fēng)擋窗框、機(jī)翼、機(jī)體銜接部位。3D打印技術(shù)給工業(yè)帶來(lái)的是正在變革的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有了這一技術(shù)，設(shè)計(jì)師不再被傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的技術(shù)能力局限，可以盡情展現(xiàn)設(shè)計(jì)思維。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用3D打印技術(shù)，企業(yè)的成本可大大降低。
三、3D打印讓“殖民火星”不是夢(mèng)
任何事物的發(fā)展都有兩面性，說(shuō)了這么多3D打印的好處，難道就沒(méi)有缺陷可言？答案是否定的！3D打印其實(shí)也有它固有的弱點(diǎn)和缺陷，比如由于強(qiáng)度和質(zhì)量問(wèn)題，飛機(jī)的關(guān)鍵核心部件還難以使用3D打印。此外，3D打印的弊端還有，產(chǎn)品的外形不夠精細(xì)，內(nèi)部強(qiáng)度抗疲勞特性存在問(wèn)題等。
中國(guó)激光增材制造領(lǐng)域帶頭人、國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)獲得者王華明教授曾經(jīng)表示，目前媒體上宣傳的商業(yè)3D打印，僅僅是該技術(shù)中最簡(jiǎn)單的非金屬模型打印，并不代表該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向。3D打印更高應(yīng)用是在國(guó)防大工業(yè)的高性能金屬構(gòu)件生產(chǎn)方面，在家庭中主要用在娛樂(lè)方面，比如打印個(gè)人模型、玩具等，至于說(shuō)其他方面作用不大。此外，由于打印精度不夠高，即使打印人體石膏等這類簡(jiǎn)單產(chǎn)品，都不能展現(xiàn)人體面部表情。其它打印的尼龍衣服、鞋子，也相當(dāng)粗糙，穿著不是很舒服。
最后，3D打印技術(shù)最初發(fā)展于80年代，從2010年開(kāi)始在商業(yè)領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。雖說(shuō)目前在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中因?yàn)橐恍┰蛏形吹玫狡占?，但是未?lái)的發(fā)展前景非常光明。目前，3D打印技術(shù)在飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)過(guò)程中使用頻率越來(lái)越高，不僅僅在中國(guó)，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)3D打印技術(shù)的投入也越來(lái)越多，比如，NASA正嘗試?yán)?D打印技術(shù)制造航天器的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，甚至一些專家憧憬著3D打印能夠幫助人類實(shí)現(xiàn)“殖民”火星的愿望。
美國(guó)科學(xué)家憧憬著3D打印能夠幫助人類“殖民”火星
