由3D打印引发的锻造产业在航空制造领域发展方向的思考

北京航空航天大学王华明团队为国产C919、J15、J20、J31提供航空结构件，并于2012年凭借“大型复杂整体钛合金结构件激光成型制造技术及装备”获得国家技术发明奖一等奖。因为2012年3月9日美国总统奥巴马公布的美国“制造立异国家网络”计划中，将“增材制造”作为第一个中央的研究方向，从而引起了3D打印技术风靡全球，经济学人将其称为“第三次产业革命”，《南方周末》将其叙述为“野蛮神奇”要革制造业的命。飞机上锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20%~35%和发念头结构重量的30%~45%，是决定飞机和发念头的机能、可靠性、寿命和经济性的重要因素之一，可见铸造技术的发展对航空制造业有着举足轻重的作用。

2 3D打印技术在金属零件制造领域应用现状

3D打印技术属于一种非传统加工工艺，也称为增材制造，是全球提高前辈制造领域兴起的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的提高前辈制造技术，该技术的核心制造思惟最早发源于美国，至今已有120多年。 西北产业大学黄卫东团队试制成功C919大飞机翼肋TC4上、下缘条构件，该类零件尺寸达450mm×350mm×3000mm。

1 3D打印技术“热”的背景

金属3D打印的发展历程

本文从3D打印技术的背景及应用现状出发，分析比较该技术与铸造技术在航空制造领域的优缺点，并根据作者多年在铸造企业的治理经验，探讨了铸造工业在航空制造领域发展的方向，为铸造工业的发展提供新的思路。

值得留意的是，美国军方对这项技术的发展给予了相称的关注和支持，在其直接支持下，美国率先将这一提高前辈技术实用化，其中成立于1997年的AeroMet公司出产的3个Ti-6Al-4V激光快速成形零件获准在实际飞机上使用，这3个零件分别是F-22上的一个接头件、F/Al8-E/F的机翼翼根吊环以及F/A-l8E/F上的一个用于降落的连接杆。

目前，海内在金属3D打印技术领域已处于国际提高前辈水平。 GE公司收购了Morris技术公司以及3D打印服务快速质量制造公司，计划利用3D打印技术出产发念头喷嘴[12]。

铸造技术在航空制造领域已应用多年，主要用于制造飞机、发念头承受交变载荷和集中载荷的枢纽和重要零件。同时，被称为“第三次产业革命”、“野蛮神器”的新型技术——3D打印技术又给铸造技术带来了冲击，其制造理念的颠覆、加工周期的大幅缩短、材料利用率的大幅进步、低碳环保的制造方式等都直接威胁铸造工业的发展，甚至有人以为3D打印技术可以替换铸造技术用于航空制造领域。

从20世纪90年代中期开始，利用“3D打印”技术思惟进行金属零件的直接出产成为该技术领域内发展最为迅速的方向，短短几年间诞生了多种技术方法，如美国Sandia国家实验室的Laser Engineered Net Shaping、瑞士洛桑理工学院的Laser Metal Forming、美国Los-Alamos国家实验室的Directed Light Fabrication、美国密西根大学和英国利物浦大学的Direct Metal Deposition、加拿大国家研究委员会集成制造技术Laser Consolidation、美国宾州大学的Laser Free-Form Fabrication、美国Aeromet的Laser Forming以及英国伯明翰大学的Direct Laser Fabrication等[2-10]。

跟着航空工业不断的发展，对航空装备极端轻质化与可靠化的追求越来越急迫，铸造技术的瓶颈已逐渐显现，尤其在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面。近期，美国空军和洛克希德·马丁公司已经公布与Sciaky公司成为合作伙伴，并且计划使用该公司出产的3D打印机制作飞机部件装备正在出产的F-35战斗机[11]。面临这些题目，铸造工业在航空制造领域将如何发展是目前急需研究的课题。这些方法固然名称不同，但在原理上都是基于3D打印技术的增材制造理念。

。华中科技大学史玉升团队运用该技术出产六缸发念头缸盖，7天内整体成形四气门六缸发念头缸盖砂芯。