【热点聚焦】全球首个3D打印金属发动机组件及其对国防工业的重要意义
最近的太空项目例如NASA计划建立永久性月球基地、SpaceX计划飞往火星等，导致了整个航空航天业的技术创新爆发，尤其是在零件制造领域中可以观察到这种发展趋势，其中3D打印技术在设计过程中提供了灵活性。
在3D打印技术出现之前，组件的制造过程包括铣削、切割、旋转、弯曲和落料等过程，这些需要重型机械。以铣削过程为例，该过程需要通过与旋转切割器轴线成一定角度接触金属块，从金属块中去除多余的材料。
而简单地从金属片上切出形状需要使用重型机械，例如电动工具或计算机数控（CNC）切割机。这是一个较长的过程，需要高技能的工人。
什么是3D打印？
3D打印（也称为增材制造）通过连续沉积并连接一段时间后固化的材料来构造复杂的三维物体。数字3D模型用于逐层生成各种几何图形。在制造过程中采用3D打印技术可实现具有高精度和可重复性的复杂几何形状的生产。
大多数3D打印机使用熔融长丝制造工艺，其中涉及连续沉积热塑性材料长丝。3D打印机通常包括一个移动的打印机挤出机头，该挤出机头对从大卷轴馈入的细丝进行加热，打印机头的二维运动会在x和y轴上产生三维物体。该系统是计算机控制的，可以精确沉积几何体的各个不同层。
美国空军如何使用3D打印？
最近的消息显示，美国空军是第一个将3D打印零件应用于飞机发动机设计的人。3D打印金属的过程（也称为直接金属激光烧结DMLS和直接金属激光熔化DMLM）使用增材制造技术从金属粉末床中形成固体复杂的几何形状。激光束选择性地熔化20-60微米的动力金属层，然后将新的层熔合到先前的层上。
该方法生产出具有工业用途所需机械性能的金属零件。最近的实现方案是为诺斯罗普·格鲁曼公司E-8飞机和波音B-52轰炸机的推进系统中使用的普惠TF33-P103涡轮风扇发动机制造防冰垫片，防冰垫片有助于防止冰在发动机中积聚。
DMLS - Direct Metal Laser Sintering
飞行关键性组件（例如防冰垫圈）的飞行认证增强了该技术的可靠性。AFB的维修人员对新的防冰垫圈进行了重新设计和测试，能够为市场上缺少的组件提供可行的解决方案。
3D打印的最新实现使零件的更换变得容易，这些零件以前由于零件设计或制造商中断了零件类型而难以更换且价格昂贵。需要设计具有新规格的新组件以满足设计规格。通常，这最终会比原始组件贵。增材制造的使用减少了制造时间，如使用3D打印将签订合同与制造组件之间的时间从120天减少到14天。
3D打印组件的新集成极大地改善了设计过程，因为它允许快速制作原型。在发现最佳设计之前，总共测试了30种防冰垫片。
国防工业中3D打印的未来
随着3D打印在飞机部件制造中的使用越来越广泛，国防工业将观察到可持续性和整体系统效率的激增。使用3D打印机的快速原型制作优势将不可避免地导致在认证之前进行更多的性能测试。随着将更多的精力投入到数字设计几何中，可以生产出更安全、更可靠的组件。这提供了更多的测试和实验分析空间，而不是制造空间。
使用3D打印的零件的主要优点是能够创建高度复杂的几何形状。3D打印技术的更高级应用将使用机器学习来生成特定模型的最佳几何形状，该过程称为生成建模。这不是物理设计零件，而是指定设计目标输入。操作员可以将性能参数（例如应力和力矩、材料类型和空间要求）输入到软件中。该软件根据输入参数分析和测试设计的所有排列，生成了组件的最佳设计替代方案，可以轻松地对其进行3D打印以进行更多测试。
在军用车辆中使用3D打印零件意味着可以更轻松地打印更具可持续性的车辆零件，并且可以根据其规格重新设计损坏的零件并轻松对其进行更换。