3D打印已经成为航空航天业发展的一大助力

3D打印技术能够实现复杂的设计，减少零部件的重量，降低生产成本，这给航空航天工业带来了许多好处。早在1989年，航空航天产业就率先使用了3D打印技术。30年后的今天，在全球100多亿美元的3D打印市场中，航空航天大概占有17%的份额，并对整个行业做出了重大贡献。
 

今天，随着3D打印技术的不断进步，已经成为航空航天业发展的一大助力。

小批量的生产

对于航空航天业来说，高度复杂的部件通常是分批制造多个零件，再组装起来。而基于3D打。设计师可以创建复杂的几何形状，再一体打印出来。小批量生产时，模具的成本会比较高，3D打印可以有效降低成本。

减重

除了空气动力学和发动机性能，重量是飞机设计中最重要的考虑因素之一。降低飞机的重量可以显著减少其二氧化碳排放，降低燃料消耗，提升载荷。

3D打印是制造轻量级零件的理想工艺。当与设计优化工具（拓扑优化等）一起使用时，可以在保证零件应力不变的情况下，大幅度减重。

提升材料效率

3D打印可以降低材料的损耗率，在航空航天业，材料使用率为12:1到25:1之间，既生产1千克的部件，需要12到25千克的材料。3D打印可以将使用率提升至3:1到6:1之间，除了打印件的支撑产生一定损耗，其它几乎没有损耗。而航空航天业大量使用钛和镍等贵金属，所以降低的成本非常可观。

零件合并

3D打印的主要优点之一是零件合并，能够将多个部件集成为单个部件。这样就可以大幅减少装配时间，也简化了后期的维护过程。通用电气公司，目前正在尝试通过3D打印，制作了喷气发动机的燃油喷射器。旨在将零部件数量从20个减少到1个。

飞机的平均寿命为20到30年，因此维护、维修和检修任务占有重要的地位。目前，金属3D打印已经广泛应用于飞机的维修。像涡轮叶片等部件，可以直接进行3D打印，修复磨损的表面。

航空航天业常用的3D打印技术

航空航天公司使用的3D打印技术也非常多，例如，熔融沉积——FDM，常被用于创建样品原型。

在金属3D打印方面，粉末床融合（PBF）技术（选择性激光熔化——SLM、电子束熔化——EBM）可以制造具有优良机械性能的精密金属零件。随着大规模3D打印的进步，WAAM等方法也被应用于航空航天业。 

作为3D打印技术的先驱，航空航天业对3D打印的发展做出了重大贡献。例如，3D打印机制造商Sciaky正在与空中客车公司和Aubert＆Duval合作开发用于生产钛合金飞机零件的新制造方法。同时，GE正在开发一种金属粘合剂喷射机，以实现3D打印的批量生产。

航空航天的3D打印材料

适用于飞行的材料有热塑性工程塑料ULTEM9085、ULUTEM1010、尼龙12FRHelp、金属粉末（钛合金、铝合金、不锈钢等）

钛合金是航空航天业里3D打印最常用的材料之一，因为它结合了铝的轻盈性和钢的强度。尽管钛粉非常昂贵，但基于3D打印的优化设计，可以尽可能的节省材料。

3D打印工装夹具

航空航天业的零件制造商，已经通过3D打印制作各种工装夹具。例如穆格飞机集团（Moog Aircraft Group）就用FDM 3D打印机制作了坐标测量机（CMM）这样的工具。

过去，该公司将坐标测量机的制造外包，需要4到6周。现在，使用3D打印，只需20小时即可完成。成本也从2000英镑降低到几百英镑。

备件

由于很难预测需求，所以要准备好备件，以备不时之需。3D打印是一个理想的解决方案，可以在需要零件时，随时生产。按需小批量3D打印可以缩短维护时间，降低运输成本，减少库存。例如，3D打印老式飞机的把手和纵向杆等部件。

零部生产

越来越多的航空航天制造商，开始用3D打印来生产零件，从机舱内的配件到发动机部件。

例如Diehl航空，最近3D打印了1个幕布集线器，位于窗帘导轨的上方，将各个舱隔开。以前他们使用玻璃纤维和铝合金制作，不仅生产周期长，价格也贵。现在，Diehl3D打印了12个塑料零件，组装后即可安装使用，大大降低了成本，已经应用于空客A350。

由于能够制造轻量级、复杂的部件，制造引擎组件是3D打印的另一个重要用途。去年，火箭实验室制造其第100台卢瑟福火箭发动机时，就大量使用了3D打印的零件。自2013年以来，该公司一直在3D打印主要的发动机部件，包括燃烧室、喷油器、泵和主推进阀。

3D打印在航空航天领域的挑战

航空航天业来说，3D打印最大的挑战之一是认证。飞机部件必须遵守严格的规定，监管机构的任务是确保3D打印的部件与传统方法制造的部件一样安全。

2018年，SAE International发布了第一套航空航天材料规范（AMS），用于飞机和航天器关键零件的金属增材制造材料和工艺。

3D打印在航空航天业的另一个挑战是建立一套规范的流程，除了设计、制造外，还必须建立资格认证程序，确保所需的零件可以按流程3D打印，确保每个步骤都符合规范。

3D打印在航空航天中的应用前景

尽管面临挑战，航空航天业将继续引领3D打印产业的发展，生产各种终端零件。到2024年，航空航天业的3D打印终端零件产值将超过30亿美元。