中國(guó)粉體網(wǎng)訊 3D打印實(shí)質(zhì)為一種快速成形技術(shù)，是由成形設(shè)備以粉末材料累加的方式制成實(shí)物模型。與傳統(tǒng)制造業(yè)的去除材料加工方式不同，3D打印遵循的是加法原則，即實(shí)物以層層粉末疊加而成，所以也稱為“增材”技術(shù)。采用3D打印技術(shù)制備出的多功能化陶瓷零件，在建筑、工藝、航天航空領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛的應(yīng)用。
3D打印技術(shù)在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀
在航天領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用越來越廣泛。在國(guó)外，美國(guó)航空航天局采用3D打印技術(shù)制備了電子器件的冷卻板、封裝板和防護(hù)板等類似零件；NASA馬歇爾航天飛行中心利用SLM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獍l(fā)生器導(dǎo)管的整體制造，解決了導(dǎo)管大曲率、小彎曲半徑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)難加工的困難；奧地利Lithoz公司基于光刻的陶瓷制造技術(shù)(LCM)自主研發(fā)了LithaCore450硅基材料，用于打印陶瓷葉片型芯，滿足了航天航空的要求。在國(guó)內(nèi)，國(guó)防科技大學(xué)采用尼龍3D打印設(shè)備，直接制造無人機(jī)、定位導(dǎo)航外殼，解決了傳統(tǒng)工藝制造成型困難、時(shí)間長(zhǎng)和成本高等問題；北京航空航天大學(xué)開展激光快速成型工程化應(yīng)用技術(shù)研究，先后制造出飛行器TC4艙體框、發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片和TA15鈦合金角盒等零件；中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所應(yīng)用MPLS多層熔覆技術(shù)對(duì)螺旋槳葉腐蝕損傷部位進(jìn)行修復(fù)，該技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)了將成批庫存壽命期內(nèi)的腐蝕槳葉再次裝機(jī)使用的光明前景，有較高的軍事價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
2020年5月長(zhǎng)征五號(hào)B載人飛船試驗(yàn)船上搭載了一臺(tái)“3D打印機(jī)”。這是我國(guó)首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。
太空3D打印技術(shù)的發(fā)展，使實(shí)現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能，為空間長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、維護(hù)，甚至將來的空間站在軌擴(kuò)建打下基礎(chǔ)。
3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
由于航天行業(yè)的特殊性，航空航天裝備對(duì)材料的性能和成分要求十分嚴(yán)苛，對(duì)產(chǎn)品的精密度、質(zhì)量、重量等方面都提出了更高的要求，傳統(tǒng)加工方法操作復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。將3D打印技術(shù)應(yīng)用到航天產(chǎn)品上，經(jīng)過近些年的研究與推行，有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）3D打印技術(shù)可顯著提高材料利用率。
（2）3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜難加工零件的成型。
（3）3D打印技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)輕量化。
（4）3D打印技術(shù)可修復(fù)零部件破損部分。
陶瓷3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用
1、空間應(yīng)用光學(xué)儀器
應(yīng)用在復(fù)雜宇宙環(huán)境中的空間應(yīng)用光學(xué)儀器，不僅需要精密的測(cè)量能力，還要極強(qiáng)的抗壓能力。陶瓷材料本身具有特殊的機(jī)械性能（剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性），但同時(shí)這也限制了其使用在大型和小應(yīng)力零件中。然而，空間應(yīng)用對(duì)優(yōu)化的大型光學(xué)儀器的需求越來越迫切，例如：衛(wèi)星反射鏡必須盡可能輕，只有增材制造才能優(yōu)化這些新反射鏡的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。
燒結(jié)后的衛(wèi)星鏡
2、航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片成形
在航空航天領(lǐng)域，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化功能結(jié)構(gòu)是重點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域。面對(duì)的未來發(fā)展的更高需求航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是一個(gè)最為關(guān)鍵的部件，其具有極端的高溫性能和復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)要求，是制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的難點(diǎn)。3D打印技術(shù)引入渦輪葉片鑄造成形領(lǐng)域，可大大降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的限制，實(shí)現(xiàn)型芯/型殼的無�；苽洌瑸榭招臏u輪葉片快速制造提供新途徑。目前空心渦輪葉片陶瓷鑄型直接成形的AM技術(shù)主要有選區(qū)激光燒結(jié)(Selective Laser Sinte-ring,SLS)和陶瓷光固化成形(Ceramic Stereo-lithography,CSL)。北京航空材料研究院、華中科技大學(xué)等科研院所開展了相關(guān)的研究，并在航空領(lǐng)域得到初步驗(yàn)證，一定程度上推動(dòng)了渦輪葉片制造技術(shù)的發(fā)展；但是，SLS鑄型表面質(zhì)量和尺寸精度以及高溫性能有待提高，以滿足空心渦輪葉片近凈成形的苛刻技術(shù)要求。而CSL技術(shù)成形陶瓷素坯精度較高，在渦輪葉片鑄型制備方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
3D打印技術(shù)設(shè)備
在高端裝備制造領(lǐng)域，3D打印設(shè)備正在成為重要的生產(chǎn)工具，由升華三維自主研發(fā)的工業(yè)型獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-250及大尺寸獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-556通過搭載雙噴嘴設(shè)計(jì)，已實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的開發(fā)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形，成功進(jìn)入到我國(guó)航天航空、核工業(yè)、汽車等高端制造領(lǐng)域，成為促進(jìn)中國(guó)制造創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)的新工具，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。以下列舉相關(guān)系列應(yīng)用：
衛(wèi)星反射鏡：將熱加工過程轉(zhuǎn)移到燒結(jié)步驟以更好地進(jìn)行熱應(yīng)力管理，在實(shí)現(xiàn)同樣的光學(xué)口徑和精度要求時(shí)，3D打印的碳化硅輕質(zhì)反射鏡可實(shí)現(xiàn)大尺寸一體成型，同時(shí)具有更優(yōu)的熱穩(wěn)定性、產(chǎn)品性能一致性強(qiáng)。
火箭噴嘴：碳化硅陶瓷是此項(xiàng)目的重要材料，能夠承受極端溫度和壓力，同時(shí)保持輕巧。
發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪：3D打印碳化硅陶瓷渦輪可滿足高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫部件的性能要求，可使發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度提高300～500℃，結(jié)構(gòu)減重50％～70％，推力提高30％～100％。
剎車盤：碳化硅陶瓷剎車盤能有效而穩(wěn)定地抵抗熱衰退，其耐熱效果比普通剎車盤高出許多倍；同時(shí)更輕的剎車盤也令懸掛系統(tǒng)的反應(yīng)更快，因而能夠提升車輛整體的操控水平。
吸盤/托盤：3D打印碳化硅吸盤/托盤，可實(shí)現(xiàn)大尺寸、高精度
中空、閉孔等結(jié)構(gòu)陶瓷零部件的制備，達(dá)到高度輕量化的同時(shí)保持強(qiáng)度和剛度。
航空航天產(chǎn)業(yè)是國(guó)家制造業(yè)實(shí)力的體現(xiàn)，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，減少零部件的重量，降低生產(chǎn)成本，這也給航空航天事業(yè)帶來了許多好處。
參考來源：
武瑞剛等人：3D技術(shù)在航天企業(yè)的應(yīng)用
李滌塵等人：增材制造——面向航空航天制造的變革技術(shù)
陳勁松等人：陶瓷3D打印技術(shù)的研究進(jìn)展
張文毓：3D打印陶瓷材料的研究與應(yīng)用
3D科學(xué)谷：粉末擠出3D打印，引領(lǐng)大型復(fù)雜碳化硅陶瓷構(gòu)件增材制造
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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