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軍工航天新聞

航空航天領域為何總是鐘情3D打印技術?

星之球科技 來源:百度貼吧2016-02-14 我要評論(0 )   

 近日,為擺脫對國外火箭發射系統的依賴,美國空軍向私人航天公司SpaceX與和Orbital ATK拋出了一份總價高達2.41億美元的大合同。這兩家公司將為空軍研制先進的火箭發動...

  近日,為擺脫對國外火箭發射系統的依賴,美國空軍向私人航天公司SpaceX與和Orbital ATK拋出了一份總價高達2.41億美元的大合同。這兩家公司將為空軍研制先進的火箭發動機原型,而3D打印技術將在其中扮演關鍵的角色。
 
 
  美國私人航天公司SpaceX
 
  過去的幾年,各國軍事部門和航空航天部門對于3D打印技術可謂是情有獨鐘,尤其是對于美國這樣一個軍事大國來說,用到3D打印技術的頻率越來越高。比如,2014年,在其埃塞克斯號航空母艦上安裝了一臺金屬3D打印機,而在幾個星期以前,他們又分別為杜魯門號航母和奇沙冶號航母各配備了一臺3D打印設備。今年7月份,美國國防部武器供應商雷神公司對外宣稱,他們已經使用了3D打印技術制作了制導武器的幾乎所有組成部分,這包括3D打印的火箭發動機,用于引導和控制系統的部件,導彈本身,導彈翅片。未來,雷神公司的3D打印導彈可能就會出現在戰場上。寫到這里,筆者就想,3D打印為何總受到軍事領域航空航天領域的青睞?一起分析一下就知道了。
 
 
  美國杜魯門號航母
 
  3D打印技術作為第三次工業革命制造領域的典型代表技術,3D打印的發展時刻受到社會各界的廣泛關注。尤其是航空航天制造企業,更是不惜耗費大量財力、物力加大研發力度,以確保自己的技術領先優勢。
 
 
 
 
  雷神公司3D打印導彈系統
 
  作為工業界皇冠上的璀璨明珠,航空航天制造領域集成了一個國家所有的高精尖技術,而金屬3D打印技術作為一項全新的制造技術,其在軍事領域以及航空航天領域的應用優勢突出,主要表現在以下幾個方面:
 
1、縮短新型航空航天裝備的研發周期
 
 
  3D打印技術省去了零部件的模具鑄造
 
  航空航天技術是國防實力的象征,也是國家政治的體現形式,世界各國之間競爭異常激烈,因此,各國都想試圖以更快的速度研發出更新的武器,使自己在國防領域處于不敗之地。而金屬3D打印技術讓高性能金屬零部件,尤其是高性能大構建的制造流程大為縮短。無需研發零件制造過程中使用的模具,這樣就可以極大地縮短產品研發制造周期。
 
  2.提高材料的利用率,節約昂貴的戰略材料,降低制造成本
 
  航空航天制造領域大都是在使用價格昂貴的戰略材料,比如像鈦合金、鎳基高溫合金等難加工的金屬材料。傳統制造方法對材料的使用率很低,一般不會超過2%—5%,材料的極大浪費也就意味著機械加工的程序復雜,生產時間周期長。如果是那些難以加工的技術零件,加工周期會大幅度增加,制造周期明顯延長,從而造成制造成本的增加。3D打印技術只需進行少量的后續處理即可投入使用,材料的使用率達到了60%,有的甚至達到了90%以上,可以降低制造成本,節約原材料。
 
  3.優化零件結構,減輕重量,增加使用壽命
 
  對于航空航天武器裝備而言,減輕重量是永恒不變的主題,不僅可以增加飛行裝備在飛行過程中的靈活度,而且增加載重量,節省燃油,降低飛行成本。傳統制造方法已經將零件減重發揮到了極致,但3D打印技術的應用,可以優化復雜零部件的結構,在保證性能的前提下,將復雜結構變換重新設計成簡單結構,從而起到減輕重量的效果。3D打印技術通過優化零件結構,使零件的應力呈現出最合理化的分布,減少疲勞裂紋產生的危險,從而增加使用壽命。
 
  4.零件的修復成型
 
  金屬3D打印技術,除用于生產制造之外,其在金屬高性能零件修復方面的應用價值絕不低于其制造本身。就目前情況而言,金屬3D打印技術在修復成型方面所表現出的潛力甚至是高于其制造本身。以高性能整體渦輪葉盤零件為例,當某一葉片受損,則整個渦輪葉盤將報廢,直接經濟損失高達百萬元。
 
 
  金屬3D打印技術在修復零件方面的優勢非常明顯
 
  而使用了3D打印技術以后,在受損部位進行激光立體成型,就可以恢復零件形狀,且性能滿足使用要求,甚至是高于基材的使用性能。由于3D打印過程中的可控性,其修復帶來的負面影響很有限。
 
  以上是3D打印技術在航空航天領域的應用優勢,其技術優勢明顯,但也絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的,在實際生產中,其技術應用還有很多亟待解決的問題,比如,3D打印還無法適應大規模生產,滿足不了高精度需求,無法實現高效率制造等。
 
  而且,設備成本高居不下也是制約3D打印技術發展的一大因素,很多民用領域還無法承擔起如此高昂的設備制造成本。隨著材料技術、計算機以及激光技術的不斷發展,制造成本將會不斷降低,滿足制造業對生產成本的承受能力,未來的3D打印技術一定會在制造領域綻放光芒。

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