3D打印也被稱為增材制造，與傳統(tǒng)制造工藝的切削或鉆孔的方式不同，3D打印通常根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的圖紙，使用聚合物或金屬逐層堆積制造物品。據(jù)業(yè)內(nèi)技術(shù)專家稱，這一工藝使用的原材料較少，在小批量制造的情況下成本會(huì)大幅減少，而且可以實(shí)現(xiàn)零件一次成型無需二次加工。
如今隨著3D打印機(jī)變得更小、更便宜，國防和航空航天行業(yè)對其應(yīng)用也越來越重視。通過使用更先進(jìn)的打印機(jī)和金屬材料，航空航天和軍工制造企業(yè)正在試圖制造傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的零部件設(shè)計(jì)，比如用于衛(wèi)星或噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的支架或工具等。
通用電氣（GE）公司和勞斯萊斯公司近期宣布，他們開始使用3D打印技術(shù)來制造特定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件。GE航空集團(tuán)的研發(fā)負(fù)責(zé)人Steve Rengers說，多年來，通用電氣已經(jīng)在3D打印技術(shù)上投入了數(shù)百萬美元。
2012年，GE收購了來自俄亥俄州辛辛那提的Morris Technologies和它的姊妹公司Rapid Quality Manufacturing，并把其納入GE增材研發(fā)中心。這兩家都是從事增材制造的專業(yè)公司。此后，通用電氣一直致力于把3D打印融入其產(chǎn)品中，Rengers稱。
增材制造將成為GE即將推出的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分。LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)由CFM International負(fù)責(zé)制造，CFM是GE和法國航天企業(yè)Snecma共同成立的合資企業(yè)。
Rengers說，LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)將包括19個(gè)3D打印的燃料噴嘴。如果不使用3D打印技術(shù)，這些燃料噴嘴就必須分成多個(gè)部分單獨(dú)制造，然后再焊接在一起。“每個(gè)燃料噴嘴將不得不分成20個(gè)不同的零件去制造，然后再組合在一起。”
而使用增材制造，“我們能在一臺機(jī)器上一次完成，所以它使事情變得更加簡單。”而且減少了組裝程序中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)定于2016年正式投入生產(chǎn)和并向飛機(jī)制造公司銷售。
Rengers說，除了燃料噴嘴，GE也在探索在其它數(shù)十種零件制造上應(yīng)用3D打印技術(shù)，以及在其它發(fā)動(dòng)機(jī)上使用3D打印零部件。不過，他不愿透露具體是哪些零部件。
3D Systems公司企業(yè)發(fā)展副總裁Hugh Evans說，現(xiàn)在越來越多的航空航天和軍工企業(yè)開始擁抱3D打印技術(shù)，他們使用了更多先進(jìn)而昂貴的增材制造系統(tǒng)，這些設(shè)備的價(jià)格往往達(dá)到50萬到100萬美元每臺。
據(jù)了解，3D打印技術(shù)的演變到現(xiàn)在經(jīng)過了四個(gè)階段。在早期，它被用于制作原型的模型。然后，它又被用于系統(tǒng)內(nèi)部零部件的驗(yàn)證，即所謂的“功能性原型。”在那之后，它被用來制造復(fù)雜的工具?，F(xiàn)在，3D打印可以直接制造功能部件。
隨著時(shí)間的推移，甚至一些先進(jìn)的3D打印機(jī)價(jià)格都將繼續(xù)下降，這將推動(dòng)航空航天和軍工行業(yè)更多的創(chuàng)新。
其實(shí)3D打印技術(shù)只是一個(gè)籠統(tǒng)的稱呼，下面還有很多不同的工藝，比如直接激光金屬燒結(jié)、電子束融熔和熔融沉積成型等，所有這些技術(shù)都具有不同的特點(diǎn)，可應(yīng)用于不同方面。
2012年，美國總統(tǒng)奧巴馬呼吁要建立一個(gè)新興制造技術(shù)研究所，當(dāng)年美國國家增材制造創(chuàng)新研究院（National Additive Manufacturing Innovation Institute）成立，后改名為美國創(chuàng)造（America Makes）。
這家公私合營的研究機(jī)構(gòu)是由國家國防制造和加工中心（National Center for Defense Manufacturing and Machining），這家中心成立之初便獲得了3000萬美元的聯(lián)邦資金撥款。
America Makes致力于幫助工業(yè)界和政府推進(jìn)3D打印。它目前正運(yùn)行著22個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目，有數(shù)十家不同公司參與其中。
洛克希德·馬丁公司正在擁抱增材制造。該公司硬件工程和先進(jìn)制造業(yè)的主管Steve Betza稱。“我們正在積極部署增材制造...在我們所有的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。”
洛克希德目前正在衛(wèi)星制造中使用3D打印的部件。一些打印零部件已經(jīng)安裝在飛往木星的Juno 飛船上。據(jù)天工社所知，Juno 飛船靠太陽能供電，2011年發(fā)射，預(yù)計(jì)于2016年7月到達(dá)。洛克希德公司首席科學(xué)家Suraj Rawal說，Juno 飛船上有十幾個(gè)3D打印的托架。托架使用鈦合金材料并通過被稱為電子束熔融的增材制造工藝制造出來。
洛克希德計(jì)劃將3D打印應(yīng)用在其他航天器項(xiàng)目中，包括獵戶座多功能乘員用車（Orion Multi-Purpose Crew Vehicle），Rawal說。他們已經(jīng)在著手制造某些零部件，包括一個(gè)直徑為7英尺的前向托架蓋。
前向托架蓋是有史以航空航天業(yè)打印的最大的零部件之一。雖然就目前而言只是一個(gè)原型，但Rawal目前正在考慮直接用3D打印將其制造出來。獵戶座被設(shè)想為一臺在外太空運(yùn)送人類的車輛，人類可以乘坐它探索小行星、月球和火星。這種實(shí)驗(yàn)制造也非常適合3D打印大顯身手，Betza說，“這是一個(gè)非常安全的，高效的組件原型制造環(huán)境。”他說，洛克希德也正在考慮在最先進(jìn)的F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)上使用3D打印零部件。一些用鈦合金做的小部件可以用在F-35戰(zhàn)機(jī)的機(jī)翼或尾翼上。該公司正在評估這種可能性。
Rawal說，洛克希德也正在考慮把3D打印應(yīng)用到其他項(xiàng)目，“我們將繼續(xù)投資推動(dòng)增材制造技術(shù)在越來越多的地方應(yīng)用。”他說，“在我們說話期間，這些零部件都在處于生產(chǎn)狀態(tài)。”
波音公司也在飛機(jī)制造上集成了3D打印技術(shù)。該公司金屬增材制造研究和技術(shù)首席工程師David Dietrich 說：“我們把金屬增材制造技術(shù)作為我們生產(chǎn)制造中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅能使我們保持競爭優(yōu)勢，而且還能節(jié)約成本。”
波音聚合物增材制造研究和技術(shù)首席工程師Michael Hayes稱，3D打印的風(fēng)道已經(jīng)安裝在F/A-18超級大黃蜂上面了。“從超級大黃蜂剛開始生產(chǎn)時(shí)我們就這么做了。”
波音公司還使用3D打印技術(shù)制造衛(wèi)星支架，Dietrich說。但他拒絕透露具體是哪種衛(wèi)星。“在衛(wèi)星內(nèi)部有限的空間內(nèi)你需要設(shè)計(jì)大量的功能，這其中每立方英寸、每一公斤都花費(fèi)巨大。”而增材制造給了工程師充分的自由度來設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的支架以適應(yīng)這些狹小的內(nèi)部空間。儀器儀表，比如傳感器，可以放在（支架）上面。
波音公司是3年前首次使用3D打印的支架的，現(xiàn)在還在繼續(xù)開發(fā)這方面的應(yīng)用。Dietrich說，增材制造在波音公司的模具生產(chǎn)方面也發(fā)揮了巨大作用。在組裝廠里使用3D打印，工程師可以打印出定制化的工具，幫助進(jìn)行復(fù)雜項(xiàng)目的生產(chǎn)。
Hayes說，3D打印的一個(gè)最大特色，就是實(shí)驗(yàn)的能力。增材制造很適合小規(guī)模、快速的產(chǎn)品創(chuàng)新。
Hayes說，將來整個(gè)無人機(jī)都可以3D打印出來。“'無人機(jī)'是一個(gè)偉大的產(chǎn)品。毫無疑問，這是一個(gè)很大的平臺。但它的產(chǎn)量比較小，你不可能一下制造一萬臺出來。”但是，不要指望全3D打印的飛機(jī)會(huì)很快出現(xiàn)。“這是一個(gè)非常有趣的技術(shù)。[但是]它不會(huì)取代傳統(tǒng)制造業(yè)。這只是我們制造工具箱中一個(gè)工具而已，用這個(gè)工具我們能做到過去沒法做到的事情。” Hayes說。“不過目前我們還是打算讓飛機(jī)維持原有的制造方式，直到事情真的出現(xiàn)了革命性變化。”
比如飛機(jī)上的擋風(fēng)玻璃，就是現(xiàn)在的3D打印技術(shù)無法完成的。Dietrich說，成本也是一個(gè)因素。當(dāng)涉及到復(fù)雜的項(xiàng)目時(shí)，增材制造是有用的，但當(dāng)進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，它就變得昂貴而緩慢。“這是一個(gè)更加個(gè)性化的制造方式，但不一定是便宜的方式。” Dietrich說。
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