在特殊的打印机内装上液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物,这就是3D打印。近年来,这种曾经离大家很遥远的技术正逐渐走进每个人的衣食住行,巧克力、鞋子、建材、汽车都可以“打印”出来。如今,从美国波音到欧洲空客,再到中国商飞,各家民用飞机制造商都对这项新技术感兴趣起来,探索它对民机制造业可能带来的新变化。
灵雀项目
打印一个部件只要几块钱
在中国商飞北京民用飞机技术研究中心的试验室中,一个一米见方的装置正“吐”着白色的胶状物质,这些物质不断堆砌凝固后,逐渐变成了一个飞机起落架连杆。与传统金属打造的连杆相比,除了颜色为全白色,几乎看不出其他区别。“这是3D打印带来的便利。”北研中心灵雀项目负责人张驰告诉《大飞机报》记者,这台不算很大的装置就是如今十分流行的3D打印机,而作为中国大型客机项目的预研,灵雀项目已经用上了3D打印这种新技术。
灵雀项目就是用一架数米长的模型飞机进行飞行试验,为大型客机项目提供结构、气动等研判依据。据张驰介绍,在应用3D打印技术前,用传统技术制造一个起落架连杆可能要花费一两个星期,费用也比较高。在使用3D打印后,一个用工业级尼龙打印的连杆只需要几个小时就能搞定,“成本大概只有几块钱”。
虽然3D打印部件的强度与传统制造相比还有不少的差距,但对于飞机地面试验,以及机舱内部的支架等非关键部件来说,还是绰绰有余的。
“3D打印对飞机制造来说是一个新鲜事物,要替代传统制造非一朝一夕,但它加速设计流程实现,是有效的设计辅助手段,还加速了设计的迭代。”张驰透露,从目前3D打印的发展情况来看,要打印飞机的关键部件并非不可能,只是还要在打印材料和降低成本方面进一步改进,“如果3D打印出飞机关键部件的成本远远高于传统制造,自然不会有制造商选择。但倘若技术发展了,成本降下来了,3D打印将变得极具竞争力。”
同济大学
3D打印微型飞机
在同济大学航空航天与力学学院楼前的草坪上,一架塑料机身,羽翼透明,翼展只有28厘米的微型飞机从指尖轻盈起飞。这是国内首架试飞成功的3D打印微型飞机。
据同济大学航力学院院长沈海军教授介绍,这架模型飞机虽然尺寸不大,但包括机身、机翼、翼肋、尾翼在内的所有部件全是用白色塑料材质在3D打印设备中一体制造成型。不仅如此,这架模型飞机无论总体构型还是气动布局,都是依据各项飞机设计评估数据形成一套相对完备的设计方案,通过精确可靠的CAD建模,使用3D打印制造工艺来实现设计目标的。
沈海军告诉记者,3D打印技术不仅可以节省制造时间,还可以为模型减重。由于受到打印机尺寸限制,这架模型飞机尺寸较小,但它的试飞成功证明了3D打印技术在微小飞机设计与制造领域上应用的可行性。
沈海军透露,航力学院下一步计划制造一架1:20的国产大型客机C919模型并进行试飞。至于3D打印技术能否在该模型上得到运用,沈海军坦言还需要进一步研究探索。
大客制造
Leap发动机有望用上3D打印
目前,国产大型客机C919首架机正在中国商飞总装制造中心浦东基地进行组装。有报道称,在C919翼身组合体综合验证项目中的关键零部件钛合金上、下翼缘条使用了3D打印技术中较为“高端”的金属增材制造技术。
其实,这并不是中国航空制造业首次运用3D打印。2012 年 12 月 14 日,中国工业与信息化部联合中国工程院制定了我国 3D 打印的技术路线图与中长期发展战略。在 2013 年全国“两会”上,中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪指出,近几年中国航空工业快速发展的秘密就是 3D 打印技术已基本实现产业化,并已经处于世界领先水平,中国在钛合金和M100钢的3D打印已应用于新机试制过程。中航工业成飞与沈飞计划将在研制的新一代战斗机中采用3D打印制造钛合金主体结构件,以降低飞机的结构重量,提高其有效推重比。
放眼全球,3D打印技术在航空领域的应用意义愈发不可小觑。近年来,波音公司已经利用3D打印制造了大约 300 种不同的飞机零部件。空客使用3D打印技术制造了 A380客舱行李架。值得关注的是,GE公司有意采用3D 打印技术制造 Leap系列发动机组件,而其生产的Leap-x1c发动机将为国产大型客机C919提供动力。
当3D打印技术开始越来越多地运用在飞机的关键部件制造领域,人们也期待着,何时可以用3D打印制造一架大飞机?
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