新型航空航天飞行器正在不断向性能高、寿命长、成本低、可靠性好等方向发展，作为航空航天领域的新型制造技术，增材制造已经证明了它的安全性和可靠性，它的典型例证是GE航空3D打印了超10万个喷嘴头以及Norsk Titanium为波音提供经过FAA认证的客机零件。这些应用既包括复杂结构也涉及大尺寸零件，代表了航空航天零部件向结构复杂化和整体化发展的迫切需求。
金属增材制造技术在航空航天领域的应用优势涵盖了设计、成本、加工周期、材料利用等方面。可以说，金属增材制造技术是现代航空航天零件快速低成本研制和集成结构实现快速组合制造的重要手段。
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批量制造
航空航天领域金属3D打印的新趋势
尤其以GE航空3D打印喷嘴的成功案例表明，金属3D打印在航空航天领域实现批量化制造是可行的。
近日由航天六院发布的，3D打印关键零组件在长期试验中进行了数十次可靠性考核，也足以说明该技术在航空航天领域应用的可接受度。
以粉末床激光熔融（L-PBF/SLM）为代表的金属3D打印技术，已经从制造单一航空航天验证组件，过渡到制造终端产品以及批量化制造阶段。铂力特整合多年金属3D打印经验，不断进行技术创新，提升工艺，为航空航天零部件的批量化生产提供了完备的解决方案，经验证的航空航天零件质量精度一致性好，满足批量生产的要求。
铂力特智能制造厂房
本届中国航展，铂力特将展示“满舱批产”的零部件之一某无人机零部件变形设计展示安装支架。该部件具有拓扑优化结构，整个零件自成形而未添加辅助支撑。满版安装支架尺寸为250×400×400mm，重量4.12kg。BLT-S400三光设备打印满版安装支架一次可成形40件，而时间仅需83h。零件在水平方向摆满基板，在竖直方向叠加四层，充分利用了设备的成形空间。3D打印的安装支架零件质量、性能一致性高，尺寸精度良好，展现了BLT-S400对航空航天零部件的批量生产“降本增效”的能力。
左图为安装支架，右图为支撑框架
另一个所展示的批量生产零件支撑框架，为钛合金材料打印，主体结构为筋条状，长径比大，多处结构成形角度较小，添加树状支撑，部分区域添加格栅状支撑，保证结构稳定性。满版支撑框架尺寸为250×400×400mm，重量5.92kg。使用BLT-S400三光设备满版一次可成形12件，而仅需40小时。
BLT-S系列设备配备了铺粉质量监控和三维重建等智能模块
稳定、一致的零件更需要生产过程的质量监控保驾护航。BLT-S系列设备配备了铺粉质量监控和三维重建等智能模块，铺粉质量监控可以实时监测铺粉过程，智能识别多种铺粉异常并根据数据库进行修复，保证了成形零件的高质量品质。三维重建可以快速识别成形缺陷，实时显示已成形部分，便于后期质量回溯。铂力特还为各型号设备配备了相应的“辅机全家桶”，可以实现自动送粉和设备不间断加粉而无需人员干预，助力设备高效的粉末循环，为批量化生产提速。
持续降本是批量生产带来的重要价值。金属3D打印的极小批量制造成本难以与传统制造技术匹敌，但批量生产将极大有效利用装备的生产空间，从而在固有成本无法改变的情况下，有效摊低零件的平均成本。同时需要指出的是，金属3D打印的批量化生产，仅针对的是那些传统制造无法加工的结构，或者是在一定数量内采用3D打印具有显著效益的情况。总之，从目前航空航天领域的应用情况来看，该领域的金属3D打印有批量化的应用趋势。
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轻量化和整体化
推动金属3D打印往大尺寸制造方向发展
金属3D打印正在朝着轻量化、整体化制造的趋势迈进，最典型的证据是，以需求驱动的大尺寸金属3D打印装备的不断面世。本次中国航展，铂力特展出了多件SLM技术制造、超一米的整体结构一体化制造的大尺寸零件，体现了“大、优、特、精”等技术能力整合在一款零部件上的魅力。
尤其以该公司制造的发动机集成件为例，该部件集中体现了金属3D打印技术几乎所有的结构制造优势，如薄壁壳体、异形曲面、晶格点阵、复杂流道等。该产品的尺寸达到820×820×400mm，充分体现了增材制造产品的创新性设计理念及铂力特设备稳定制造大尺寸、复杂多特征部件的加工能力。制造这种尺寸级别的零件，要求设备在成形过程中需要具有高度的可靠性及稳定性，同时在成形过程中对工艺参数具有更严苛的要求。
3D打印具有一体化/整体化制造的显著能力，能够将多种特征结构在一次打印过程中制造出来。零件的整合带来的效益同样显著，如制造环节极大减少、零件可靠性增强、零件整体减重、整体成本降低等等；同时也更利于寻找减轻重量的方法，以便可以携带更多的燃料和载荷。
复杂的结构、精妙细微的设计让空天零件对结构设计的要求越来越高。金属3D打印技术让零件突破外形轮廓和复杂程度约束，从航空航天制造领域设计的源头出发，在满足零件性能和服役条件的情况下，实现功能性优先的设计，使金属零件向轻量化和整体化方向发展，设计引领并推动增材制造技术不断突破和发展。
从当前规模化的应用案例以及发展规律看，金属3D打印已经成为航空航天领域研发和制造不可或缺的重要组成技术，尤其体现在对它的接受度方面，从质疑、尝试到大胆应用，是这些年来该领域对3D打印技术的重要变化。
航空航天零部件的制造能力、水平是国家工业技术实力的重要体现。航空航天制造业作为发展潜力巨大和技术门槛较高的高端装备制造业，具有强劲的产业带动能力。实际上，也是这些行业的高要求，促进了金属3D打印技术从材料、装备到工艺甚至后处理等各方面的发展。未来，它的应用将会更加广泛。
注：本文内容由3D打印技术参考、铂力特共同创作。
