中國粉體網訊 3D打印實質為一種快速成形技術，是由成形設備以粉末材料累加的方式制成實物模型。與傳統制造業的去除材料加工方式不同，3D打印遵循的是加法原則，即實物以層層粉末疊加而成，所以也稱為“增材”技術。采用3D打印技術制備出的多功能化陶瓷零件，在建筑、工藝、航天航空領域將會得到廣泛的應用。
3D打印技術在航天航空領域中的應用現狀
在航天領域，3D打印的應用越來越廣泛。在國外，美國航空航天局采用3D打印技術制備了電子器件的冷卻板、封裝板和防護板等類似零件；NASA馬歇爾航天飛行中心利用SLM技術實現了燃氣發生器導管的整體制造，解決了導管大曲率、小彎曲半徑結構特點難加工的困難；奧地利Lithoz公司基于光刻的陶瓷制造技術(LCM)自主研發了LithaCore450硅基材料，用于打印陶瓷葉片型芯，滿足了航天航空的要求。在國內，國防科技大學采用尼龍3D打印設備，直接制造無人機、定位導航外殼，解決了傳統工藝制造成型困難、時間長和成本高等問題；北京航空航天大學開展激光快速成型工程化應用技術研究，先后制造出飛行器TC4艙體框、發動機壓氣機葉片和TA15鈦合金角盒等零件；中國科學院沈陽自動化研究所應用MPLS多層熔覆技術對螺旋槳葉腐蝕損傷部位進行修復，該技術的應用展現了將成批庫存壽命期內的腐蝕槳葉再次裝機使用的光明前景，有較高的軍事價值和經濟效益。
2020年5月長征五號B載人飛船試驗船上搭載了一臺“3D打印機”。這是我國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強復合材料的3D打印實驗。
太空3D打印技術的發展，使實現航天器零部件的“自給自足”正在成為可能，為空間長期在軌運行、維護，甚至將來的空間站在軌擴建打下基礎。
3D打印技術在航天領域中的應用優勢
由于航天行業的特殊性，航空航天裝備對材料的性能和成分要求十分嚴苛，對產品的精密度、質量、重量等方面都提出了更高的要求，傳統加工方法操作復雜，生產周期長。將3D打印技術應用到航天產品上，經過近些年的研究與推行，有以下優勢：
（1）3D打印技術可顯著提高材料利用率。
（2）3D打印技術可實現復雜難加工零件的成型。
（3）3D打印技術可有效實現輕量化。
（4）3D打印技術可修復零部件破損部分。
陶瓷3D打印技術在航天領域中的應用
1、空間應用光學儀器
應用在復雜宇宙環境中的空間應用光學儀器，不僅需要精密的測量能力，還要極強的抗壓能力。陶瓷材料本身具有特殊的機械性能（剛度、強度、穩定性），但同時這也限制了其使用在大型和小應力零件中。然而，空間應用對優化的大型光學儀器的需求越來越迫切，例如：衛星反射鏡必須盡可能輕，只有增材制造才能優化這些新反射鏡的設計和生產。
燒結后的衛星鏡
2、航空發動機渦輪葉片成形
在航空航天領域，航空發動機和輕量化功能結構是重點和難點領域。面對的未來發展的更高需求航空發動機葉片是一個最為關鍵的部件，其具有極端的高溫性能和復雜的冷卻結構要求，是制約航空發動機發展的難點。3D打印技術引入渦輪葉片鑄造成形領域，可大大降低結構復雜度的限制，實現型芯/型殼的無模化制備，為空心渦輪葉片快速制造提供新途徑。目前空心渦輪葉片陶瓷鑄型直接成形的AM技術主要有選區激光燒結(Selective Laser Sinte-ring,SLS)和陶瓷光固化成形(Ceramic Stereo-lithography,CSL)。北京航空材料研究院、華中科技大學等科研院所開展了相關的研究，并在航空領域得到初步驗證，一定程度上推動了渦輪葉片制造技術的發展；但是，SLS鑄型表面質量和尺寸精度以及高溫性能有待提高，以滿足空心渦輪葉片近凈成形的苛刻技術要求。而CSL技術成形陶瓷素坯精度較高，在渦輪葉片鑄型制備方面具有潛在應用價值。
3D打印技術設備
在高端裝備制造領域，3D打印設備正在成為重要的生產工具，由升華三維自主研發的工業型獨立雙噴嘴3D打印機UPS-250及大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556通過搭載雙噴嘴設計，已實現碳化硅陶瓷基復合材料的開發和復雜結構的成形，成功進入到我國航天航空、核工業、汽車等高端制造領域，成為促進中國制造創新、轉型升級的新工具，具有很高的應用價值。以下列舉相關系列應用：
衛星反射鏡：將熱加工過程轉移到燒結步驟以更好地進行熱應力管理，在實現同樣的光學口徑和精度要求時，3D打印的碳化硅輕質反射鏡可實現大尺寸一體成型，同時具有更優的熱穩定性、產品性能一致性強。
火箭噴嘴：碳化硅陶瓷是此項目的重要材料，能夠承受極端溫度和壓力，同時保持輕巧。
發動機渦輪：3D打印碳化硅陶瓷渦輪可滿足高推重比航空發動機對高溫部件的性能要求，可使發動機工作溫度提高300～500℃，結構減重50％～70％，推力提高30％～100％。
剎車盤：碳化硅陶瓷剎車盤能有效而穩定地抵抗熱衰退，其耐熱效果比普通剎車盤高出許多倍；同時更輕的剎車盤也令懸掛系統的反應更快，因而能夠提升車輛整體的操控水平。
吸盤/托盤：3D打印碳化硅吸盤/托盤，可實現大尺寸、高精度
中空、閉孔等結構陶瓷零部件的制備，達到高度輕量化的同時保持強度和剛度。
航空航天產業是國家制造業實力的體現，3D打印技術能夠實現復雜的設計，減少零部件的重量，降低生產成本，這也給航空航天事業帶來了許多好處。
參考來源：
武瑞剛等人：3D技術在航天企業的應用
李滌塵等人：增材制造——面向航空航天制造的變革技術
陳勁松等人：陶瓷3D打印技術的研究進展
張文毓：3D打印陶瓷材料的研究與應用
3D科學谷：粉末擠出3D打印，引領大型復雜碳化硅陶瓷構件增材制造
（中國粉體網編輯整理/空青）
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