3D打印技術（又稱增材製造技術）是信息網絡（luò）技術、先進材料（liào）技術與數字（zì）製造技術的密切結合，是先進製（zhì）造業的重要組成（chéng）部（bù）分，其（qí）與信息（xī）網絡技術（shù）的深度（dù）融合，給各行各業發展帶來變革性影響。當前，3D打印技術持續發展，市場（chǎng）規模快速增長，在（zài）航空航天領域應用不斷擴大。

 

3D打印技術持續發展，市場規（guī）模快速增長（zhǎng）

 

3D打印技（jì）術在技術方法、製造平台（tái）、行業標準等方麵取得（dé）重要進展，在市場規模方麵保持（chí）快速增長態勢。

3D打（dǎ）印技術方法研究取得新（xīn）進展    

 

 

連續（xù）液麵生長（CLIP）技術

 

美國是3D打印技術的發源地，擁有最前沿（yán）的3D打印技術，在3D打印方法創新（xīn）方麵取得新的重大進展（zhǎn）。2015年（nián）3月，美國Carbon 3D公（gōng）司開發出（chū）一種革命性3D打印技術——連續液麵生長（CLIP）技（jì）術，打印速度（dù）比傳統的3D打印技術（shù）快（kuài）25~100倍，並且可製（zhì）造出之（zhī）前幾乎不可實現的超複雜幾何結構形狀，極（jí）大推進了3D打（dǎ）印技術的（de）應用。該技術通過在紫外線對光聚合的觸發作用以及氧氣對光聚合的抑製（zhì）作用中找到平衡，可（kě）連續作（zuò）業，實現真正意義的3D打印。采用該技術打印成形的零件（jiàn）特征尺寸最（zuì）小可小於（yú）20微米，比一張紙厚度的（de）1/4還要薄。2016年1月，美國西北大學研究出新的金屬3D打印（yìn）方法——兩（liǎng）步法。該方（fāng）法（fǎ）采用一種由金（jīn）屬粉（fěn）末、溶劑和粘結劑組成的液態油墨材料，通過注射或擠（jǐ）壓工藝打印出坯（pī）體，之後在熔爐裏燒結。該方法能夠打印金屬混合物、合金、金屬氧化物等多種金屬，並使3D打印更快、更便（biàn）宜、更（gèng）均勻。

 

3D打印製造（zào）平台（tái）研究（jiū）步伐加快    

 

3D打（dǎ）印技術控製係統與平台建（jiàn）設是支持3D打印技術發展的重要基（jī）礎。美國3D係統公（gōng）司是全球3D打印（yìn）技術領導者（zhě），在美國空（kōng）軍研究實驗（yàn）室支持（chí）下（xià），該公（gōng）司將與霍尼（ní）韋爾（ěr）公司、諾斯羅普·格魯曼公司、洛克希（xī）德·馬丁公司等大型軍工（gōng）企業（yè）共同研發高精度閉環先進製造與監控平（píng）台，用於製造航（háng）空航天零部件，滿（mǎn）足飛行器在飛行過（guò）程中精（jīng）度高、功能強、可重複使（shǐ）用的特（tè）定需求。

2015年11月，美國Arevo實（shí）驗室推出了機器人增材製造平台（RAM），用於超強熱塑性複合（hé）材料零部件的快速、高效3D打印。該平台（tái）將ABB機器人公司的商用6軸機器人（rén）係統與熔融沉積成形技術、末端執行器硬件以及（jí）一套綜合的軟件套件集（jí）成在一起，實現對高性能（néng）碳纖維增強熱塑性複合材料零部件的3D打印。2016年2月，美國西亞基公司（sī）公布了基於電子束增材製（zhì）造（EBAM）工藝的金屬3D打印係（xì）統專用的IRISS閉環控製係（xì）統。IRISS是一種沉積（jī）層內部實時（shí）成像和傳感係統，具有實時監控和處理數據（jù）的功能，為製造商在較大尺寸的金（jīn）屬3D打印零部件的質量和性能（néng）控製方麵提供支持。

 

3D打（dǎ）印行業標（biāo）準化進一（yī）步完善    

 

 

SME聯手TCT合辦2017年RAPID 3D打印展（zhǎn）

技術標準是3D打印行業發展必不可少的關鍵環節。隨著3D打印技術的興起，標準管（guǎn）理部門和研究機構開始謀劃行業標準並製（zhì）定相關標準。2015年7月，歐盟的“增材製造標準化支持行動（SASAM）”計劃發布了一份增材製造標準化路線圖。作為歐洲標準的一個（gè）模板，該路線圖闡述了標準化對於產業應用（yòng）及現有增（zēng）材製造（zào）技術標準發展的重要（yào）性，明確了標準化（huà）與優（yōu）先關注標準之間的差距。但由於標準研究機構（gòu）之間缺（quē）乏統籌，導致3D打印（yìn）相關標準在一致性方麵（miàn）出現問題。

為此，“美國製造”創新研究所與美國國家標（biāo）準學會於2016年3月聯合成立（lì）一個跨部門協（xié）調（diào）機（jī）構——“美國製造（zào）與美國國家標準學會增材製造標準化協作機構”（AMSC），致（zhì）力於協調並加速開發全行業的、符合參與機構（gòu）需求的增材製造標準與規範，促進增材製造企業健康發（fā）展（zhǎn）。AMSC參（cān）與者主要（yào）來自（zì）私企、設備製（zhì）造商、材料（liào）供（gòng）應商、政府、學（xué）術界、標準開發機構和認證機構等（děng）。

 

3D打印市場保持快速增長態勢    

 

《沃勒斯報告2016》

2016年（nián）4月，增材製（zhì）造行業的權威谘詢（xún）研究機構——美國沃勒斯協（xié）會公司發布《沃勒斯報告2016》。該報告指出，2015年全球增材製造和3D打印市場銷售額達到51.65億美元，比2014年增長了10億美（měi）元，增長（zhǎng）率達到25.9%。同時，2015年3D打（dǎ）印行業的年複合增長率低於過去3年的33.8%，也比過去27年的平均（jun1）年複合增長（zhǎng）率26.2%稍低。

但是，盡管2015年3D打印行業遭遇了一係列挑戰，但在多個領（lǐng）域出現了持續性增長，尤其是金屬3D打印和桌麵3D打印。2015年，全球（qiú）共有62家工業級3D打印係統（售價（jià）超過5000美元）廠（chǎng）商（shāng），2014年這一（yī）數字為49家，2011年僅為31家。2015年，售價（jià）低（dī）於5000美元的（de）桌（zhuō）麵型3D打印機銷量超過27.8萬台，比2014年的（de）16萬台高出74%。而金屬3D打印機的（de）增長（zhǎng）率約45%，增速（sù）迅猛。

 

3D打印在航空航天領（lǐng）域應用持續深化

 

隨著3D打印技術快速發（fā）展，政府、軍方等機構紛紛出台政策支持3D打印技術發展（zhǎn）與應用，使3D打印技術在航空航天領域的應用更廣（guǎng）泛深入。

3D打印得到政府和軍方大力（lì）支持，政策環境進一步優化    

 

美國國家（jiā）增材製（zhì）造創新機構（NAMII，現名“美國製造”）發布新版增材製造技術（shù）路線圖。2015年9月該機（jī）構發布了（le）新版美國“增材（cái）製造技術路線圖”，將設計、材料、工藝、價值鏈和增材製造基因（yīn）組等5個技術領域設定為關鍵（jiàn）技術領域，每個領域下設多個子領域，按（àn）照技術成熟度分別對每（měi）個領域2013年—2020年發展重點進行了規劃。上述這些領域（yù）是該機構未來一段時期內提升增材製造技（jì）術與製造成熟度的發展重點，也是美國政府發展增（zēng）材製造產（chǎn）業的（de）重點。美國NAMII自成立以來為增材製造技術開發（fā）與應用提（tí）供了三輪資金資助，總額超過2000萬（wàn）美元。

 

DARPA“開放式製（zhì）造（zào）項目“。可以看到，在一個100倍顯微鏡下，兩個使用同樣（yàng）材料3D打印的部件，差別相當大

美國國防（fáng）高級研究計（jì）劃局（DARPA）實施“開放式製（zhì）造項目”，推動3D打印成為國防製造領域的主流技術。2015年5月DARPA宣布實施“開放式製造（zào）項目”，旨在開發快速鑒定技術，從（cóng）而全麵獲取、分析（xī）並監控製（zhì）造過程，以預測最（zuì）終產品的性能，確保（bǎo）產品所需的置信度，可靠（kào）保證飛機（jī）機翼或軍事係統的複雜部件批生（shēng）產。該項目主要研（yán）究方向之一是開展“快速（sù）低成本（běn）增材料製造”研究，重點研（yán）究金屬增材製（zhì）造過程。

美陸（lù）軍發布最新版（bǎn）《陸軍製造技術規劃報告》。2015年11月，美國陸軍發布2016財（cái）年《陸軍製造（zào）技術規劃報告》。報告簡要（yào）介（jiè）紹了陸軍製造技（jì）術規劃的任務、組織機構、投資策略等，並從項目目標、實施方案、成果、效益、受（shòu）影響的武器係統等方麵（miàn），對利用增材製造實現高（gāo）價值航空資產修複/回（huí）收/再（zài）利用進行了研究；對麵（miàn）向關鍵（jiàn）武器係（xì）統零部件直接製造（zào）、再製造及延壽的增材製造技術等（děng）6大領域的31個正在實施的重點項目進行了分析。

 

3D打印應（yīng）用範（fàn）圍進一步擴展，由零（líng）部件擴大到整機    

 

3D打印技術已（yǐ）成為提高航天器設計和製造能力的一項關（guān）鍵技術，其在航空航天領（lǐng）域的應用範圍不斷擴展。國外企業和研究機構利用3D打印不僅（jǐn）打印出了飛機、導彈、衛星、載人飛船的（de）零（líng）部件，還打印出了發動機、無人機、微衛星整機，在成本、周期、重（chóng）量等方麵取得了顯著效益，充分顯示（shì）了3D打（dǎ）印技術在該領（lǐng）域的應用前景。

在零部件級方麵，空客公司采用3D打印技術生產了超過1000個飛機零部件，其中用於A350XWB寬體飛機的（de）艙體支架獲（huò）得“2014年德國工（gōng）業創新大獎”；美國空軍（jun1）第（dì）552空中控製聯（lián）隊利用Fortus 400mc 3D打印機成功打印出飛機座（zuò）椅扶手的塑料端蓋，並首次獲得批準將其應（yīng）用於E-3預警機，通過3D打印（yìn）實（shí）現該部件的（de）單位成本由8美元降低至2.5美元；美國Aerojet Rocketdyne公司利用3D打印製造了首批12個“獵戶座”載人飛（fēi）船噴管（guǎn）擴張段，製造（zào）時間比傳統製造（zào）工藝技術縮短了約（yuē）40%；俄羅斯托木（mù）斯克理工大學（TPU）設計並製（zhì）造的首枚外殼（ké）由3D打印的CubeSat納米衛（wèi）星Tomsk-TPU-120於2016年3月底搭載進（jìn）步MS-02太空貨運飛船被送（sòng）往（wǎng）國際空間（jiān）站；美（měi）國海軍在2016年3月進行的（de）“三叉戟”II D5潛（qián）射彈道導彈第160次試射中成功測試了首個使（shǐ）用3D打印的導彈部件——可保護導彈電（diàn）纜接頭的連接器後蓋，使該零件的設計和製造時間縮（suō）短了一半（bàn）。

在整（zhěng）機級方麵，美國太空探索技（jì）術公司火箭實驗室發（fā）布（bù）了一台用於低成本太空旅行的3D打印世界首款電動火箭發動機——Rutherford電動發射係統，采用該係統可將（jiāng）火箭發射成（chéng）本由傳統燃（rán）料火箭發射的1億美元降至（zhì）490萬美元（yuán）；英國南安普頓（dùn）大學利用增強（qiáng）型ABS塑（sù）料打印出了一款成本僅為數千美元的小型無人機（Sulsa），俄羅斯（sī）Rostec公司也推出3D打印的多用途兩棲無人機，該無人機重3.8千克，翼展為2.4米，飛行（háng）速度可達100千米/小時，續航時間長（zhǎng）達（dá）1.5小時，從概念到原型僅花費兩個半月，生產時間約為31小時，費用不到20萬盧布（約合3700美元）。

 

3D打印應用深度進一步加大，趨向“前端部署”    

 

當前，隨著3D打印技術應（yīng）用深度（dù）不斷加大，圍（wéi）繞裝備維修與保障，在維修基地、空間站、戰場前沿等供（gòng）應鏈“前端（duān）”部（bù）署3D打印的趨勢愈加明顯（xiǎn），這（zhè）無疑（yí）將改變現（xiàn）有的裝備（bèi）維修模式與保障體係。

一是在維修基地或裝備保障體係中增加3D打（dǎ）印技術部署，一方麵在（zài）國防預算日益吃緊的情況（kuàng）下推動成本節（jiē）省的同時，還可（kě）以減少對由於國家之間政治關係緊張時無法被本國使用（yòng）的國外零件的依賴，即替代進口。例如，韓（hán）國空軍利用3D打印技術製（zhì）造其F-15K戰鬥機噴氣發動機（jī）的高壓渦輪機蓋板，將成本從4000萬韓元（3.4萬美元）減少到300萬韓元，采購時間比原來的60天減少一半以上，還通過3D打印將歐洲製造的運輸機揚聲器罩的製造周期由7個月減（jiǎn）少至4~5小時，成本（běn）從621美元降低至35美元。另一方麵，還可打印老舊或已停產零部件，提（tí）高軍事基地維護飛機的能力。例如，位於美國俄克拉荷馬州Tinker空（kōng）軍基地的空軍後勤中心（OC-ALC）正在利用3D打印技術（shù）優化工作流程，通過3D打印（yìn）飛機發動機零部件和現代電子元器件，維護B-52戰機的戰鬥力。

二（èr）是（shì）在空間站應用3D打印技術，實現在太空3D打印製造，需將原材料運（yùn）送至國際空間站按需打印。美國太空製造公司已開發出可在真空環境中使用的（de）3D打印機，並於2014年8月將其運送至國際空間（jiān）站（zhàn），宇航員不僅打印了3D測試件，還打印了功能結構件。雖然太空3D打印技（jì）術在國際空間站外實際使用仍（réng）麵臨諸多挑戰（zhàn），包括如何保（bǎo）證被打印的物（wù）體在太空中陽光直射下具有（yǒu）較長（zhǎng）使用壽命，以及如何控製（zhì）打印過程中（zhōng）溫度變化等問題，但仍引起了美國NASA的重視。

三是將（jiāng）3D打印技術部（bù）署在戰場前沿，實現直接（jiē）在戰場上打印零部件，刪減由再製造（zào）基（jī）地製造零部件，然後運送到倉庫，再安裝到某個組件裏或運送到戰場中使用的中間過程環節，達到在最需要零部件的地方直接準確地滿足所需的目的。目前，美國國防後勤局正委托後勤管理研究所開展3D打印技術應用谘（zī）詢，研究利用3D打印技術（shù）縮短軍隊供應鏈，減少庫存，降低後勤保障成本。美國海軍已啟動（dòng）“艦上打印（yìn）”項目，開發零件打印、資格（gé）認證以及零（líng）件交（jiāo）付等一係（xì）列程序，評估可用於軍事用途的各種3D打（dǎ）印技（jì）術與材料，以（yǐ）達到在海（hǎi）上艦艇中製造飛機零部件的目（mù）標。近年來，美軍已使用3D打印技（jì）術打印出了（le）油箱蓋、醫療用品等（děng）較為簡單的產品。

 

結束語（yǔ）

 

與傳統製造方式相比，3D打印（yìn）技術不（bú）僅可大幅度降低生產成本，還突破了傳統製造工藝對於複雜形狀的限製，它帶來的是生產加工觀念的革命性（xìng）轉變，對推動全球航空航天領域的發展起到了重要作用（yòng）。同時，需要指出的是，雖（suī）然3D打印技術具備快捷、方便（biàn）、低成本等顯著優勢，但仍麵臨著應用挑戰，如（rú）質量保證、知識產權、人（rén）員（yuán）培（péi）訓、信息安全（quán）等問題。未來，3D打印技術在航空航天領域的應用將是“漸進式”而非“革命（mìng）性”。