盤點(diǎn)3D打印在航空航天的突破

航空航天一直是國(guó)防領(lǐng)域的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，是一個(gè)國(guó)家綜合科技實(shí)力強(qiáng)弱的標(biāo)志。而3D打印的橫空出世，令航空航天工業(yè)如虎添翼，加速了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從此告別了高昂的研發(fā)和設(shè)計(jì)成本，極大地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)成型到正式應(yīng)用的時(shí)間。據(jù)悉，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，增材制造技術(shù)已經(jīng)日漸成為航空航天領(lǐng)域的一把“利劍”，在飛機(jī)引擎部件的設(shè)計(jì)及制造、衛(wèi)星部件的打印以及無人機(jī)、洲際導(dǎo)彈和火箭等諸多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。下面，就讓我們來一起追蹤近期增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展新動(dòng)態(tài)！

　　真正的飛機(jī)引擎：莫納什3D打印新突破！

　　莫納什大學(xué)（Monash University）和其衍生公司Amaero Engierring工程公司近日聯(lián)手打造出噴氣機(jī)引擎零件，引發(fā)了空中客車公司（Airbus）、波音公司（Boeing）和美國(guó)國(guó)防合約商雷神公司（Raytheon）的關(guān)注。這一突破令工程師能夠在幾天內(nèi)測(cè)試飛機(jī)零件，而不用再像從前那樣花上幾個(gè)月。

　　在過去，飛機(jī)零件需要經(jīng)過融化、制模、鑲刻等一系列繁復(fù)工程才能制出成品，而如今我們可以很快地做出成品。而3D打印技術(shù)的真正意義在于可以快速、大批量地生產(chǎn)樣機(jī)。不僅如此，它還有能力去訂制一些結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的零件，這用傳統(tǒng)的工程科技是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，法國(guó)航天行業(yè)以及賽峰（Safran）、微型渦輪（Microturbo）、空中巴士等大公司都爭(zhēng)相希望與莫納什大學(xué)及澳洲企業(yè)共事。而這項(xiàng)研發(fā)始于兩年前，當(dāng)時(shí)法國(guó)航天公司賽峰交給莫納什大學(xué)一些舊飛機(jī)引擎，希望能夠制造出一些模型副本。

　　俄發(fā)射首顆3D打印立方體衛(wèi)星

　　俄羅斯發(fā)射了首個(gè)3D打印的立方體衛(wèi)星（CubeSat）Tomsk-TPU-120前往國(guó)際空間站。據(jù)俄新社稱，這個(gè)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的立方體衛(wèi)星，外形方方正正，尺寸為300×100×100毫米。該衛(wèi)星擁有一顆研究衛(wèi)星的所有基本功能，并將會(huì)在未來的6個(gè)月內(nèi)繞地球飛行。這是第一個(gè)使用3D打印技術(shù)建造的太空探測(cè)器。該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展最終將實(shí)現(xiàn)這些小型衛(wèi)星的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　目前，太空專家們已經(jīng)將3D打印看作一種可以充分發(fā)揮立方體衛(wèi)星全部潛力的方法�？梢灶A(yù)見，立方體衛(wèi)星的數(shù)量在未來可能會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)。據(jù)了解，這顆衛(wèi)星的外殼是使用經(jīng)俄羅斯宇航局（ROSCOSMOS）批準(zhǔn)的材料3D打印而成的。它的大部分部件都是塑料材料打印而成的。除此之外，其電池組的外殼也是用氧化鋯陶瓷材料3D打印而成的，這也是世界首次。TPU的科學(xué)家稱，使用陶瓷外殼主要是為了保護(hù)電池不受太空中溫度變化的傷害，該陶瓷材料能夠?qū)㈦姵鼐S持在最佳溫度，從而延長(zhǎng)其壽命。據(jù)悉，TPU的這顆衛(wèi)星的主要任務(wù)是為了測(cè)試太空材料科學(xué)的一項(xiàng)新技術(shù)以及該大學(xué)與其合作伙伴的一系列開發(fā)成果。

　　除此之外，該3D打印衛(wèi)星的內(nèi)部安裝了各種傳感器來記錄電路板、外殼、電池的溫度以及電子數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將會(huì)實(shí)時(shí)傳送到地球。地面上的科學(xué)家們將會(huì)據(jù)此分析材料的狀況，并決定是否會(huì)在未來的航天器制造中使用這些材料。值得一提的是，2016年的5月份正值TPU慶祝其成立120周年，為此，該校的學(xué)生們還特地錄制了包括10種語言的問候語，通過該衛(wèi)星向地球居民傳送，這10種語言包括：俄語、英語、德語、法語、漢語、阿拉伯語、韃靼語、印度語、哈薩克語和葡萄牙語等。該問候信號(hào)將以437.025 mhz的頻率每分鐘播放一次。

世界首架3D打印鋁制FPV競(jìng)速無人機(jī) 時(shí)速90邁

　　隨著無人機(jī)技術(shù)的日漸普及，一種有趣的活動(dòng)也開始興起，那就是比賽誰飛得更快的無人機(jī)競(jìng)速運(yùn)動(dòng)。今年1月份，來自德國(guó)柏林的一家名為Arrow Dron的初創(chuàng)企業(yè)就制造出了一系列使用3D打印部件的FPV（第一人稱視角）競(jìng)速無人機(jī)，這些無人機(jī)最快的號(hào)稱時(shí)速可達(dá)150公里。

　　而在不久前，澳洲又有一家公司Fusion Imaging在知名在線3D打印服務(wù)平臺(tái)Shapeways的幫助下使用鋁質(zhì)材料3D打印出了一家無人機(jī)，其飛行時(shí)速接近90英里（144公里）每小時(shí)。盡管在速度指標(biāo)上稍遜一籌，但是該公司設(shè)計(jì)師稱，這家無人機(jī)是直接用鋁質(zhì)材料打印而成的。眾所周知，鋁是一種在航空領(lǐng)域非常受歡迎的金屬材料，它的重量像塑料那樣輕，但是強(qiáng)度卻高得多。據(jù)了解,Shapeways在這次制造中使用了直接金屬激光熔融（DMLS）工藝用激光逐層熔化鋁質(zhì)粉末而成,因此該無人機(jī)在機(jī)械指標(biāo)上要高于一般的3D打印無人機(jī)。

　　這架強(qiáng)大的無人機(jī)的動(dòng)力輸出主要依賴于Lumenier 2206電機(jī)，其3D打印的鋁金屬臂非常輕盈，不僅起到了保護(hù)電線和電池的作用，而且散熱性能也非常好。鋁材在震動(dòng)這方面表現(xiàn)得非常出色。從某種角度看，它比碳纖維更好。在快速運(yùn)動(dòng)過程中，它產(chǎn)生的螺旋槳渦流要少得多。由于使用了鋁質(zhì)材料，其輕盈、高強(qiáng)度、耐高溫的機(jī)身框架使這架無人機(jī)在首次試飛中就達(dá)到了每小時(shí)90英里的速度，顯然稍加改進(jìn)之后還有很大的提升空間。這使Fusion Imaging團(tuán)隊(duì)倍受鼓舞。

　　

    洛克希德成功完成洲際導(dǎo)彈3D打印部件測(cè)試

　　日前，軍工巨頭洛克希德·馬丁公司宣布：2016年3月14日至16日，該公司對(duì)其首個(gè)用在彈道導(dǎo)彈上面的3D打印部件進(jìn)行了測(cè)試發(fā)射，這次測(cè)試發(fā)射總共使用了三枚三叉戟II D5艦隊(duì)彈道導(dǎo)彈，并從大西洋水下的戰(zhàn)略核潛艇上發(fā)射升空。這次測(cè)試的3D打印部件是一個(gè)“連接器后殼”，它主要裝在電纜連接器上面以保護(hù)它們免受傷害或者意外斷開。

　　據(jù)了解，這件僅有1英寸（2.5厘米）寬的連接器后殼在3D打印時(shí)，先由3D打印機(jī)在打印床上鋪設(shè)一層薄薄的鋁合金粉末，然后高溫的激光或電子束在計(jì)算機(jī)的引導(dǎo)下融化指定區(qū)域的粉末，然后機(jī)器又鋪上了另外一層粉末，這個(gè)過程不斷重復(fù)，直至3D對(duì)象被打印完成為止。在此之后，所需要做的就是吹去多余的粉末，并進(jìn)行平滑處理和拋光。洛克希德公司稱，3D打印技術(shù)可以減少材料浪費(fèi)，而且生產(chǎn)周期與常規(guī)方法相比被縮減了一半。

“3D打印”的阿特拉斯V火箭發(fā)射成功

　　3月25日，阿特拉斯V火箭從著名的卡納維拉爾角成功發(fā)射升空了。這次發(fā)射任務(wù)在幾天前就吸引了無數(shù)人的目光，因?yàn)樗鼤?huì)將價(jià)值數(shù)十億美元的天鵝座飛船，以及船上的又一臺(tái)太空3D打印機(jī)送到國(guó)際空間站。不過除此之外，火箭本身也十分值得關(guān)注，因?yàn)樗�上面安裝了一系列3D打印的部件，而且要注意，這些部件是由塑料制成的。

　　據(jù)了解，這些3D打印部件屬于火箭有效載荷整流罩中的管道系統(tǒng)，包括支架、噴嘴和面板等結(jié)構(gòu)，它們都不需要在發(fā)射時(shí)經(jīng)受上千度高溫的炙烤。這些火箭部件全部是美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）使用3D打印巨頭Stratasys的大型3D打印機(jī)Fortus 900mc，以熱塑性塑料ULTEM 9085制造的。這種材料具有很強(qiáng)的高溫機(jī)械性能，所以能夠經(jīng)受住火箭發(fā)射時(shí)的苛刻環(huán)境。

　　ULA表示，之所以沒有采用傳統(tǒng)制造工藝是因?yàn)?D打印技術(shù)成本更低，同時(shí)也更加快速靈活。另外，這些部件原來其實(shí)是金屬的，現(xiàn)在以ULTEM取代就可以明顯減輕火箭的重量，雖然從數(shù)字上來看只是一點(diǎn)點(diǎn)，但卻可以每年為他們節(jié)省高達(dá)100萬美元的成本。很高興能看到3D打印又一次在航天領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用�？紤]到目前，其它的重量級(jí)航天機(jī)構(gòu)，比如美國(guó)宇航局、歐洲航天局，SpaceX公司等都在積極采用3D打印技術(shù)，以及整個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)極快的發(fā)展速度，也許人類的宇航事業(yè)將會(huì)迎來一個(gè)全新的發(fā)展高峰。

　　

    空客3D打印燃料噴嘴正式投入使用

　　這是3D打印史上的一個(gè)里程碑，本月早些時(shí)候，歐洲飛機(jī)制造商空客公司收到了他們的下一代空中客車A320neo客機(jī)的LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)，這是他們正式將使用3D打印的合金燃料噴嘴用于飛機(jī)引擎上。這些3D打印的部件在LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)上最顯著的特征是降低碳排放水平，同時(shí)還能節(jié)省約百分之15以上的燃料，而發(fā)動(dòng)機(jī)本身是由CFM國(guó)際公司開發(fā)。

　　這并不是空中客車第一次使用3D打印的部件在飛機(jī)上，在一年前，該公司透露，A350 XWB的1000多個(gè)3D打印部件由Stratasys公司的3D打印制作的，但這次最具創(chuàng)新性的發(fā)動(dòng)機(jī)是空中客車正式用于商業(yè)飛行。使用3D打印合金燃料噴嘴讓各種耐熱陶瓷復(fù)合材料部件的LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)約百分之15甚至更多的燃料，比其他CFM公司的引擎更高效。同時(shí)它比其他飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更少的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和有害氣體排放。

　　

該發(fā)動(dòng)機(jī)本身已交付，并已被廣泛測(cè)試。據(jù)了解，第一次試飛是在2015年舉行的，使用空客A320neo，其他幾次試飛是2015年9月和2016年2月。到目前為止，這三架飛機(jī)已經(jīng)通過285多個(gè)航班和800個(gè)小時(shí)的飛行測(cè)試。它的開發(fā)者，CFM國(guó)際公司，是斯奈克瑪公司（賽峰集團(tuán)）和GE合資生產(chǎn)的�，F(xiàn)在，已有超過50家公司從CFM公司購(gòu)買引擎，總價(jià)值超1450億美元，而LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于單通道客機(jī)。據(jù)空中客車公司稱，這是迄今為止規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的航空市場(chǎng)之一，預(yù)計(jì)將有2034架新客機(jī)使用LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，未來的航空工業(yè)市場(chǎng)中，LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)增長(zhǎng)潛力巨大。

來源：3D打印網(wǎng)