复合材料增材制造：推动航空航天与国防领域的创新发展

美国空军工程师洞察：增材制造在国防部的应用及3D打印对行业的深远影响

Jordan Weininger 是美国空军希尔空军基地先进复合材料办公室的高级复合材料工程师。文中观点为个人见解，不代表美国空军官方立场。

未来制造技术已投入实战应用，真正的挑战在于如何将其整合到受益最大的行业中。除了创造技术本身，建立可重复的工艺流程、明确最低许用机械性能（B基准许用值）才是实现实际部署的关键。

我在希尔空军基地先进复合材料团队的工作经历，让我亲眼见证了增材制造如何重塑航空航天与国防领域，以及其对商业3D打印的广泛启示。

复合材料工程在各行业中的重要性日益凸显。我的职业道路引领我进入空军，具体是服务于所有国防部组织的先进复合材料办公室。除了设计、分析与维修，我们还开设为期一周的课程，向国防部人员传授复合材料基础知识与高级技师培训，提供设计与维修的实操经验。

跨越多元领域，增材制造已成为原型开发的基石，尤其对中小型制造商而言。在量产前生产功能性原型的能力，构成了决定性优势。

当今的材料库——涵盖金属、复合材料到先进热塑性塑料——让工程师能在开发早期进行装配测试与概念数字化。该技术精简了设计流程，缩短了交付周期，降低了小批量零件成本，往往比传统模具或CNC加工更具经济性。

我们预见增材工装——支架、铰链、安装座、车间辅具——将迎来增长，并向终端功能性零部件拓展。Markforged等企业现已能打印满足众多航空航天与国防应用强度要求的复合材料与金属零件。

3D打印在空军及更广泛国防体系中的直接应用，正在两大关键领域加速拓展：

1. 小批量生产。 飞机项目常需限量生产零件，借助合适的增材技术即可在现场完成制造。

2. 分布式制造。 通过在多个基地部署经济型打印机，空军可就地生产关键部件，免除全球调运之苦，大幅缩短停机时间。

这些能力正推动军事与航空航天作业向增材制造的全面转型。

先进复合材料办公室隶属于全生命周期管理中心，专注复合材料设计、分析、工程与维修，直面老旧飞机维护挑战。当原始工装遗失或不可用时，增材制造可快速制造新工装，保障飞机持续适航。

我们的流程通常始于对现有零件的3D扫描，重构适合3D打印的CAD模型。所得工装随即用于生产已无传统工装支持的飞机复合部件。

许多国防承包商仍依赖大规模熔融沉积建模（FDM）零件制作工装，这要求后续机加工才能用于复合材料铺层，中间环节削弱了增材制造的效能优势。

通过直接打印具备真空密封表面的工装——省去CNC加工与额外表面处理——我们可显著缩短工期、降低成本与材料浪费。由此产出的工装精准匹配CAD规格，加速复合材料生产周期，为3D打印在国防制造中的高价值应用开辟新路径。

图片来源：希尔空军基地相册

3D打印