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马航客机噩运连连 3D打印能否带来新突破?_3

  近来马航噩运连连,继马航MH370失联事件之后,马来西亚一架载有298人(包括3名婴儿)的波音777客机17日在靠近俄罗斯的乌克兰边境地区坠毁。

  报道说,这架波音客机原定由荷兰阿姆斯特丹飞往马来西亚首都吉隆坡。在还有50公里就将进入俄罗斯领空时开始坠落,而后被发现在乌克兰境内的地面燃烧。

  乌克兰内务部长顾问安东格拉申科告诉国际文传电讯社,客机在1万米高空遭布克地对空导弹击落,机上人员全部遇难。

  俄罗斯民航部门消息人士告诉路透社记者,这架马来西亚客机没有在预定时间进入俄罗斯领空,坠毁于乌克兰东部地区。

  马来西亚航空公司17日晚通过微博客网站推特证实,该公司与MH17航班失去联系,最后一次联络时客机还处于乌克兰境内。这家航空公司同时确认机上有280名乘客和15名机组人员。

  乌克兰内务部部长顾问格拉先科在社交网站脸谱上说,马航MH17航班上280名乘客和15名机组成员全部遇难。

  在震惊与悲恸中我们不禁对飞机安全性问题又进行新的考量,怎样加强飞机安全也成为人们心中迫切想要了解的问题。除了避开战乱非和平地区、提高乘机安全知识普及,不断提升飞机本身的安全性能是一大重点。随着科技的不断发展,出现了越来越多的飞机制造工艺,例如时下最受追捧的3D打印。

  3D打印技术在航空领域的应用

  欧美已将3D打印技术视为提升航空航天领域水平的关键支撑技术之一。3D打印技术在航空领域的应用主要集中在3类:外形验证、直接产品制造和精密熔模铸造的原型制造等。

  1)国外应用情况

  波音公司已经利用三维打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件,包括将冷空气导入电子设备的形状复杂导管。目前波音公司和霍尼韦尔正在研究利用3D打印技术

  打印出机翼等更大型的产品。

  空客在A380客舱里使用3D打印的行李架,在台风战斗机中也使用了3D打印的空调系统。空客公司最近提出透明飞机概念计划,制定了一张路线图,从打印飞机的小部件开始,一步一步发展,最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。概念飞机本身有许多令人眼花缭乱的复杂系统,比如仿生的弯曲机身,能让乘客看到周围蓝天白云的透明机壳等,采用传统制造手段难以实现,3D打印或许是一条捷径。

  GE航空在2012年11月20日收购了一家名为MorrisTechnologies的3D打印企业,计划利用后者的3D打印技术打印LEAP发动机组件。GE把这次收购看作是对新制造技术的投资,认为具备处理新兴材料与复杂设计的工艺制造开发能力,对GE的未来至关重要。

  2)国内应用情况

  中航重机激光技术团队早在2000年前后,开始进行3D激光焊接快速成形技术研发。目前,中航重机激光产品已应用于我国多款新型军用飞机,并起到关键作用。除了军用飞机,中航重机激光还在开拓整体叶盘应用市场,以及大型水面水下舰艇市场。

  北京航空航天大学同我国主要飞机设计研究所等单位通过产学研紧密合作,瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求,历经17年研究在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术,并已在飞机大型构件生产中研发出五代、10余型装备系统,已经受近十年的工程实际应用考验,使我国成为迄今唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日,王华明联合研发团队凭3D激光快速成形技术获国家技术发明一等奖。

  3D打印技术未来发展的主要趋势

  随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。未来,3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

  提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成形技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造。

  3D打印将为航空制造业带来哪些变革?

  随着3D打印技术逐步向实际使用阶段过渡,它将为航空创造业带来哪些变革呢?

  第一,加速新型航空航天器的研发。金属3D打印高性能增材制造技术摆脱了模具制造这一显著延长研发时间的关键技术环节,兼顾高精度、高性能、高柔性,可以快速制造结构十分复杂的金属零件,为先进航空航天器的快速研发提供了有力的技术手段。

  第二,显著减轻结构重量。减轻结构重量是航空航天器最重要的技术需求,传统制造技术已经被发挥到接近极限,难以再有更大的作为。而金属3D打印高性能增材制造技术则可以在获得同样性能或更高性能的前提下,通过最优化的结构设计来显著减轻金属结构件的重量。

  第三,显著节约昂贵的战略金属材料。航空航天器由于对高性能的需求,需要大量使用钛合金和镍基超合金等昂贵的高性能、难加工的金属材料。但很多零件的材料利用率非常低,一般低10%,有时甚至于仅为2%~5%。大量昂贵的金属材料变成了难以再利用的废屑,同时伴随着极大的机械加工量。作为一种高性能近净成型技术,金属3D打印高性能增材制造技术可以把高性能金属零件制造的材料利用率提高到60%~95%,甚至更高,同时也就显著减少了机械加工量。

  第四,制造一些过去无法实现的功能结构,包括:最合理的应力分布结构;通过最合理的复杂内流道结构实现最理想的温度控制手段;通过合理的结构设计和材料分布实现振动频率特征的调控,避免危险的共振效应;通过多材料任意复合实现一个零件的不同部位分别满足不同的技术需求等。

  第五,通过激光组合制造技术改造提升传统制造技术,使铸造、锻造和机械加工等传统制造技术手段更好地发挥作用。激光立体成型技术可以实现异质材料的高性能结合,从而可以在通过铸造、锻造和机械加工等传统技术制造出来的零件上任意添加精细结构,并且使其具有与整体制造相当的力学性能。这就可以把增材制造技术成型复杂精细结构的优势与传统制造技术高效率、低成本的优势结合起来,形成最佳的制造策略。

  航空制造业整合3D打印技术的建议

  我国是制造业大国,3D打印技术对中国诸多企业将是颠覆性的变革。我国航空制造业必须未雨绸缪,积极为迎接此技术革命做好准备。

  1)推进产学研用结合,拓展应用领域,延伸产业链,提高产业化程度。

  2)改变产品,如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。航空科学基金

  3)改变制造过程和方法,首先将现有制造系统智能化自动化,并引入3D制造系统,将3D打印的增材和传统的减材制造结合,形成复合体系。因为现有技术不会完全消失,杂交制造体系在今后将会长期存在。

  4)改变商业模式。这一新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式,及相关的流程设计,资源配置和组织机构的形式。

  5)通过一些资本化运作手段,兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业,以核心制造能力和低成本的制造效率为重点,打造航空企业自身的价值元宝曲线,或许是在这次工业革命中实现快速赶超的有效途径。

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