中国航发沈阳发动机研究所 辽宁沈阳 110000
摘要：随着时代的发展与进步，航空航天技术成为高新技术领域中最有影响力的技术之一。同时航空技术的发展也是航天领域发展的关键，对我国航空航天产品的综合性起到至关重要的作用。与此同时航空技术的发展也是我国总设计思想得以实现的基本保障。其中，在航空发动机制造上，3D技术主要应用在在飞机机翼的制作以及无人机驾驶、航空系统中的重要部件的制造，对于航空领域制造具有关键性作用。文章将主要围绕3D打印技术在航空发动机的制造上应用展开讨论，探讨3D打印技术在航空航天制造业的应用前景，以及分析3D打印技术在航空领域发展中的问题以及优势。
关键词: 3D打印技术;航空；发动机；制造；应用
引言
现阶段，3D打印技术已经完成了航空发动机的最重要的零部件制造，主要包括发动机的动力齿轮箱。在研究出航空发动机的制造部件之后，3D打印技术还促进设计工程师突破了传统材料限制，使材料组合成为可能。3D打印技术作为现阶段航空发动机研究的重点，其发展必然会为未来的科技发展以及航空领域的研究带来无限的可能性，近些年来，3D打印技术的应用发展也让其未来的广泛化应用成为可能。
二、3D打印技术的内涵概述
现如今，随着时代的进步，航空业的技术应用水平也在逐步提升。而目前主要使用的技术就是运用3D打印技术生产飞机发组件。在环保意识不断提高的背景下，燃料的价格不断上涨，航空航天领域只有开发出新的技术才能在激烈的市场竞争中保持竞争力。而事实证明，3D打印技术可以应用在航空发动机的制造上，提高航空发动机的制造效率。除此之外，相对于传统的航空发动机制造，3D打印技术虽然具有一定复杂性，但是其在材料上的利用效率要比传统的发动机制造更加节省飞机的燃油内耗，还可以有效的减少氮氧化物的排放。在航空领域发动机制造上，对发动机的制造的质量具有很高的要求，这是因为飞机零部件的质量决定着飞机的安全性以及稳定性。也只有高质量的发动机制造才能减少飞机的后续质量。
三、3D打印技术面临的主要问题
随着3D打印技术受到越来越多的关注，相应的问题也不断浮现。具体来说主要分为为两个方面。一方面，3D打印技术的使用还不够规范化。通常情况下来说，所有的材料都可以用3D打印技术进行打印 ，但是目前来说主要在材料的应用上还存在一定的局限性，在工业上的打印材料更是十分有限，目前来说可以使用的材料只有十余种。在科技不断发展，需求日益多样化的前提下，需要不断提高对金属零件的应用与满足。而在航空发动机的制造上还存在专业的使用材料限制，导致难以满足3D打印技术在航空领域中的发展与运用。此外，3D打印技术的研发难度比较大。3D打印技术作为一种新的技术，在航空发动机这种特殊的领域要求是十分严格的，而金属粉末的制造上的制备技术还难以满足当前的发展需求。而专业化的研发是解决3D打印技术难题的基本途径之一。但是，目前在3D打印技术上的研究已经持续了一段时间，不仅浪费了大量的人力、物力资源，而且也难以取得关键性的技术成果。
另一方面，就是3D打印技术存在着信息上的不对称，存在技术在市场上的认可度比较低的现象。导致技术在航空制造上的应用还没有完全的开展。随着3D打印技术在高科技领域上的应用，对3D打印技术的应用的也更加严格。然而部分企业认为3D打印技术在前期浪费研发资金，所以单纯的研发并没有太大的意义。从这个角度山来看，部分企业对3D打印技术还存在着错误认识，没有真正的考虑3D打印技术在未来的诸多发展优势。鉴于此，企业要想在激励的竞争中占有一席之地，尤其是高新技术企业来说，3D打印技术的应用是必不可少的。
四、3D打印技术的应用优势分析
3D打印技术是信息化与制造业的高度融合，通过3D打印技术可以实现高性能复杂化的金属零件制造，它具有快速、全范围覆盖等特点，尤其是对于激光立体成型和修复零件上，由于其具有一定的力学性能，可以近乎完美的制造出零件。相比较于传统的制造技术而言，3D打印技术具有以下优势：首先，3D打印技术可以降低制造的成本，让产品变得多样化。在以往的传统制造业上，产品的形状如果越复杂，那么在制造上的成本支出就会越高，反之，制造的成本就越低。而3D打印技术在产品的制造上不会因为产品的形状复杂就增加制造的时间与增加制造成本，相反地，运用3D打印技术可以节省经济成本，促进人力资源和时间成本的节约。在航空领域复杂化的零部件制造上，3D打印技术在航空发动机的制造上的优势无疑是超越传统的制造业的。与此同时，航空的发动机本身就需要进行多次的实验与测试，也需要对其进行反复的修改与设计。在发动机的模具应用中，不同于传统的制造需要在模具的修改上耗费成本，3D打印这项技术不需要针对产品的形状进行模具的修改，可以说，3D打印技术适用了产品的多样化。
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其次，3D打印技术可以使发动机制造实现小而优的配置，进而为发动机减重。在3D打印技术的应用中，通过对3D打印技术进行拓扑优化设计，对3D打印技术进行组合零件，从而减少产品的大小，减轻产品装配，实现发动机制造的最小化配置。这促进发动机变得更加的轻便化。此外，3D打印技术在航空发动机的制造上还可以实现及时交付的功能。以往的航空发动机的零件需要进行零部件的调试，且需要按照一定的周期进行。但是，应用3D打印技术可以及时的按照生产需求打印，从而大大的减少了对航空发动机的零件周期性调试。
再次，应用3D打印技术可以拓展设计的空间性。传统的制造方式由于受到制造方式的限制，在发动机制造上只能根据工艺的可实现性进行对应化的设计：例如，在航空发动机上的涡轮叶片上的气孔形状一般来说是圆形，所以在对其进行设计的时候也只能进行针对性的设计，才能满足相关的设计需求。但是，应用3D打印技术可以使涡轮的叶片的气孔具有冷却的效果，然后在涡轮冷却的时候可以对气孔的形状做任意性的改变，使得涡轮叶片的形状的设计更加具有空间性，增加了设计的拓展空间。与此同时，应用3D打印技术还可以在一定程度上降低对应用技能的硬性要求。传统上，对航空发动机零部件的制造通常情况下都是十分严格的，且对零部件的制造人员的技能也有很高的要求，甚至在人员的运用上出现过这种情况，就是部分零部件只能由单个人或者少数人来制造的情况。这会导致发动机的制造受到制造人员的技能以及从业人员的专业性限制，难以量化生产。而应用3D打印技术可以从设计的文件中获取各种各样的指令，从而根据文件中的指令，制造出专业人员才能生产出的复杂零部件。尤其值得说的一点就是3D打印技术运用到的操作技能要远远低于传统的发动机制造。此外，应用3D打印技术可以制造出比传统制造更加小的产品，且应用3D打印机对其进行调试就可以使得打印的设备随意的移动，甚至可以制造出比3D打印机更加大的技术设备。
最后，应用3D打印技术可以降低浪费的问题，对材料进行组合与实体复制。不同于传统的航空发动机制造，3D打印机的制造属于增材制造。主要是运用燃气轮机对大量的金属制品进行加工。这样做的好处就是可以减少对材料的浪费，传统的发动机制造在制造的过程中会浪费大量的原材料，甚至扔掉一些原材料。在应用之后3D打印技术之后可以防止原材料在加工中的浪费，大大的减少金属制造的浪费现象。此外，3D打印技术还可以对材料进行优化组合，将不同的材料进行组合，解决了产品单一的局限性，此外，3D打印技术还可以将不同的原材料融合在一起，为原材料提供多种形式上的应用。这种材料的组合在某种程度上来说也是一种数字化的复制，将虚拟的指令复制到实体的领域，甚至实现异地复制。
三、3D打印技术的应用前景
现阶段，3D打印技术主要应用在直接制造领域。对于金属的零部件制造来说主要是金属部件直接增材的技术构思上，其应用对象就是制造航空发动机的发动机涡轮盘。3D打印技术在国际三大公司已经宣布了其应用的标准，在金属制造上将掀起一次热潮。近些年来，随着金属增材制造技术的不断提高，尤其是金属增材已经直接被商用化之后，采用金属直接增材的技术进行航空发动机零部件的制造已经受到了有关研究机构的重视，3D打印技术新时的生产潜力也提升了装备在航空发动机零部件上的应用潜力。在3D打印技术在发动机制造上的应用上美国已经走到了发展的前列，极大的提高了3D打印技术的生产周期性，促进了生产成本的降低和大大的提高了制造的可靠性和安全性。
另一个主要的应用领域就是增材的修复领域上。航空发动机的工作的环境十分的严格化，因此也就对零部件的制造上比较严格。在很长的一段时间里，金属增材的制造重点还是集中在航空的发动机零部件修复上，主要是对已经失效的零部件进行快速的制造以及低成本制造以及对受损伤的构件实现再制造。目前在增材修复领域上的应用就是在大型、中型、小型发动机的机匣、叶片和叶盘上的广泛修复性应用。
此外，虽然3D打印技术在金属直接增材制造技术在航空发动机零部件的制造上已经显示了重要的应用潜力和发展前景。但是在技术原理和制造的成本上还是需要注意，因为任何一项加工技术都有相配套的零件结构特点，同样的在航空发动机制造上也是如此，需要根据金属增材的特性以及成本进行综合的考量，从而将3D打印技术应用到复杂的构件中，促进3D打印技术的综合性应用。
五、结束语
综上所述，通过对3D打印技术的基本内涵的了解，以及通过对在现阶段我国在3D打印技术上的应用过程中存在的问题的分析，可以知道3D打印技术在航空发动机制造上具有极大的灵活性和便利性，相对于传统的航空发动机制造来说也更加具有优势。与此同时3D打印技术在航空发动机的研制和生产、维修等多方面都具有重要的发展意义，3D技术作为航空制造领域的应用的重要标志，为材料的制造提供了一种新的制造方法也为航空发动机关键技术的突破带来了更多的突破性和更多的可能性、虽然现阶段3D 打印技术在精度上和性能上还是与传统的制造工艺存在差距，但是在未来一定可以赶超传统的制造工艺。为此，需要我们建立相关的规范化准则，共同努力，促进3D打印技术在航空发动机的上的制造与应用，实现航空制造领域的科技化打造更加轻便、安全以及高效化的航空发动机，充分实现其在航空领域的应用。
论文作者:张勇,王子 李吉伟
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：技术论文; 航空发动机论文; 发动机论文; 零部件论文; 领域论文; 航空论文; 传统论文; 《科技新时代》2019年3期论文;