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大閱兵上的中國戰機,零部件居然是3D打印的

供稿:中國工控網 2019/10/12 16:42:28
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快看!中國海軍!中國“飛鯊”!

10月1日上午

5架銀灰色殲-15艦載戰斗機

組成“V”字形艦載機梯隊

向著天安門上空呼嘯而來

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作為航母的艦載機,殲-15戰斗機自亮相之日就備受各界關注。在他的背后,還有這樣一項技術作為支撐——3D打印。

在殲-15戰機上,其前起落架大型整體鈦合金支撐框利用激光增材制造而成。之前需要螺釘進行連接的兩個或者多個部件,通過3D打印技術一次成型,保證足夠強度的同時,既減輕了重量,還降低了加工難度。

增材制造(Additive manufacturing)是快速成型技術的一種,又稱3D打印,屬于高端制造行業。目前,增材制造產業主要主流技術主要包括 SLA、LOM、SLS 和 FDM 四種技術。3D打印從被視為是“科幻小說”中的元素,到如今已經成為制造商們、設計師等所接納的一項頗受歡迎的技術。

根據Allied Market Research發布的報告,全球3D打印市場在2018年為108.7億美元,從應用領域而言,航空航天和國防部門在2018年占據了最大份額,占總份額的25%以上。該領域預計將在整個預測期內繼續保持其地位。根據預測,2026年,全球航空和國防用3D打印市場預計將從目前的15.6億美元增長到59億美元。

就航空航天而言,依靠傳統的制造工藝來研制飛機機翼、發動機等設備往往耗時費力,而采用3D打印技術后,飛機零部件的設計及修改變得更加方便。與減材制造不同,沒有浪費材料或工具安裝時間。此外,3D打印技術允許通過額外的技術,如傳感器,嵌入組件,給設計者提供一系列新的配置可能性。與此同時,在飛機零部件制造精度、強度等方面,借助3D打印也能達到較好的效果。

如今,3D打印技術被航空制造廠商廣泛應用。在去年的的珠海航展上,很多航空制造商就展示了一系列成熟的3D打印產品。這其中包括GE航空集團3D打印的風扇葉片、T25傳感器、燃油噴嘴和燃燒室部件等。

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增材制造技術還可以提高生產效率,減小組件重量,同時還能夠制造常規方法無法實現的設計結構和形狀。例如,波音公司也利用3D打印技術制造了大約300種不同的飛機零部件,包括將冷空氣導入電子設備的形狀復雜導管;歐洲航空巨頭空客長期以來一直是在制造工藝中實施3D打印技術的最前沿。除了快速成型外,已有超過1000種最終生產的塑料和金屬零件用于各種飛機,包括A350和A320;羅爾斯-羅伊斯采用全球最大的3D打印航空結構件的遄達XWB-97發動機。

3D打印技術在國產殲-15戰機、FC-31 戰機、C919 大飛機等航空軍事領域廣泛采用。我國自主研發的國產大型客機C919的主風擋窗框和中央翼根肋等大型復雜結構件都采用了3D打印技術制造。我國首枚大型運載火箭長征五號的主承力構件鈦合金芯級捆綁支座也采用了3D打印技術(激光同步送粉)制造。我國首枚大型運載火箭長征五號的主承力構件鈦合金芯級捆綁支座也采用了3D打印技術制造,加工效率也得到了明顯的提升。

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C919的主風擋窗框和中央翼根肋

盡管這項技術目前被大肆宣傳,但它仍處于起步階段,還遠遠不能保證從傳統制造工藝中獲得的高重復性和可靠性。3D打印并非沒有缺點:在精度方面,該技術尚不能滿足零件表面精度要求,因此通常需要采用傳統加工方法進行精加工,并非每種工程材料都適合于通過增材制造方法制造零件。

在航空航天業中,雖然有一些小型零件、配件及硬件非常適合采用3D打印制造,但是因為航空航天業對安全性的要求非常高,3D打印生產出的關鍵部件還需要通過各種嚴格的測評后,才能用于取代依賴傳統加工方法所制造出的零部件。

增材制造風靡而至,這些企業做了這些

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西門子能夠為增材制造的工業應用提供全方位的解決方案,前不久的工博會上便展示了包含端到端軟件和全集成自動化的數字化雙胞胎解決方案。同時,西門子與華曙高科簽署了增材制造戰略框架合作協議,將為其提供NX端到端軟件和全集成自動化的數字化雙胞胎解決方案。從軟件方面來講,西門子可以幫助增材制造的設備制造商,做3D打印設備之前的設計、仿真和驗證;從硬件方面來講,西門子能夠為增材制造設備的全集成自動化提供全系列產品。

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Netfabb? 軟件便是歐特克專為增材制造打造的專業解決方案,致力于幫助用戶實現端到端的工作流。該軟件不僅提供高效的構建準備功能,有助于減少準備時間和物料消耗,其中包含的設計優化工具還能根據零件的載荷和約束對零件的硬度和重量進行優化,為實現輕量化設計鋪平道路。

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海克斯康旗下的增材制造解決方案專注“打印效果”控制,精確地預估、處理零件復雜結構,致于“打印件”的一次性成功,為增材制造的精密性保駕護航。例如,海克斯康旗下的MSC軟件解決方案Simufact Additive,可迅速評估零件增材制造的可行性。

明天會怎樣?

在這里分享幾個關于瘋狂“火箭迷”使用3D 打印的小故事。馬斯克的 SpaceX在2013年就成功通過金屬3D打印機制造了SuperDraco火箭發動機引擎室。與傳統的發動機制造技術相比,使用3D 打印顯著地縮短火箭發動機的交貨期和并降低制造成本。而藍色起源也將 3D 打印組件整合到其強大的 BE-4 引擎中。還有最近剛剛獲得1.4 億美元融資的美國 3D 打印火箭公司 Relativity Space,最終要讓所有的火箭都由 3D 打印制造,以節省高昂的人力成本。

想象一下,如果一個完全3D打印的飛機,你敢嘗試嗎?

審核編輯(王妍)
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