3D打印助C919直上云霄
2015年11月2日，一個被中國航空史銘記的日子，國產(chǎn)大飛機C919首架原型機正式總裝下線！標志著中國實現(xiàn)了多年的“大飛機”夢想！
“大型客機研發(fā)和生產(chǎn)制造能力是一個國家航空水平的重要標志，也是一個國家整體實力的重要標志。制造大飛機承載著幾代中國人的航空夢。”——習(xí)近平“大飛機夢”是中國傳承了幾代人的航空夢想，大飛機作為一國科技水平和工業(yè)實力的集中體現(xiàn)，戰(zhàn)略意義非凡！
C919大型客機的正式下線，對中國大飛機的制造甚至是高端制造業(yè)都有著劃時代的意義，它向世界正式宣告中國可以自主生產(chǎn)大型客機了。
一架大飛機約有400萬個零部件，據(jù)了解，本次下線的C919大型客機部分部件采用的是目前比較熱捧的3D打印技術(shù)。大飛機是一個系統(tǒng)化的工程，其中涉及到非常多的技術(shù)和工藝，相對于傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)進入航空制造業(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，上海國產(chǎn)大飛機C919總裝下線儀式現(xiàn)場
國產(chǎn)大飛機C919
一、大飛機C919中央翼條為3D打印
中航工業(yè)的資料顯示，從2001年起，我國就開始重點發(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，包括整個前起落架。
C919客機中央翼條長達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飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問題，因此具有劃時代的意義。同時，這一技術(shù)的應(yīng)用也標志著我國在大飛機制造方面形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特色新技術(shù)。
圖為中國展示國產(chǎn)3D打印鈦合金戰(zhàn)機零件
二、3D打印讓設(shè)計師更為隨心所欲
一般來說，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、上百萬元的損失。而通過3D打印技術(shù)，可以使用同一種材料修補缺損部位，修復(fù)后的零部件性能不會受到影響，大大節(jié)約了時間和金錢。
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。
增材制造原理簡圖
SLA立體光固化成型工藝
SLA成型技術(shù)的工藝過程
金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)簡圖
金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)以合金粉末為原料，通過激光融化逐層堆積成型
例如上文提到的國產(chǎn)大飛機C919，就以此技術(shù)為基礎(chǔ)打造一些鈦合金零件，主要用于飛機主風(fēng)擋窗框、機翼、機體銜接部位。3D打印技術(shù)給工業(yè)帶來的是正在變革的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有了這一技術(shù)，設(shè)計師不再被傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的技術(shù)能力局限，可以盡情展現(xiàn)設(shè)計思維。在工業(yè)設(shè)計領(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
任何事物的發(fā)展都有兩面性，說了這么多3D打印的好處，難道就沒有缺陷可言？答案是否定的！3D打印其實也有它固有的弱點和缺陷，比如由于強度和質(zhì)量問題，飛機的關(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，內(nèi)部強度抗疲勞特性存在問題等。
中國激光增材制造領(lǐng)域帶頭人、國家技術(shù)發(fā)明一等獎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)中最簡單的非金屬模型打印，并不代表該項技術(shù)的發(fā)展方向。3D打印更高應(yīng)用是在國防大工業(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方面，比如打印個人模型、玩具等，至于說其他方面作用不大。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年開始在商業(yè)領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。雖說目前在實際應(yīng)用的過程中因為一些原因尚未得到普及，但是未來的發(fā)展前景非常光明。目前，3D打印技術(shù)在飛機的設(shè)計、制造和維護過程中使用頻率越來越高，不僅僅在中國，全球主要發(fā)達國家對3D打印技術(shù)的投入也越來越多，比如，NASA正嘗試利用3D打印技術(shù)制造航天器的發(fā)動機部件，甚至一些專家憧憬著3D打印能夠幫助人類實現(xiàn)“殖民”火星的愿望。
美國科學(xué)家憧憬著3D打印能夠幫助人類“殖民”火星
