3D打印变革航空航天业的八大方式

1. 工装夹具

3D打印可生产夹具、固定装置和其他工装设备，提高生产效率、降低成本。飞机公司每架飞机需大量夹具、模板、导向器、量规，3D打印允许其低成本高效生产。通常该过程比其他制造方法成本和交期降低60-90%。

2. 创新

3D打印允许生产传统方法无法制造的复杂零件。含轻量化复杂几何零件，如支架、外壳、涡轮叶片。3D打印也允许飞机零件定制。工程师可设计打印特定飞机需求的零件。这种定制确保每架飞机针对预期用途优化，提升性能和安全性。

3. 原型制作

3D打印最显著优势之一是快速生产功能原型。用3D打印可在数小时内而非数天数周创建零件或组件原型。这意味着设计师可快速迭代设计、测试新想法、验证形态配合。可减少CNC加工或注塑成型等传统原型方法相关时间成本。

4. 替代件

替代件是生产过程中代表最终组件中将安装组件的临时零件。这些替代件主要作培训辅助。NASA和许多空军基地在生产车间制造飞机组件时常使用。

5. 替换件

替换件是生产安装替换飞机损坏或磨损组件的零件。用3D打印制作替换件优势：生产时间更快、成本更低、能生产传统方法难或无法制造的零件。

图示：3D打印空气导管

6. 定制化

3D打印灵活性允许传统制造方法无法实现的定制化水平。这在航空航天业特别有用，因每架飞机独特、常需修改满足特定客户要求。用3D打印，设计师可轻松创建针对个别飞机和客户需求的定制零件。

当飞机性能提升证明复杂独特组件成本合理时，航空航天业显著受益于3D打印技术。例如，单个专门设计制造的3D打印组件可减少2.1%空气阻力，从而削减5.41%燃油费用。技术允许定制轻量化支架适配特定飞机或类型（货机、客机、直升机）。此外，3D打印为许多定制航空航天组件提供零件整合和拓扑优化。

7. 轻量化

航空航天业始终寻求减轻飞机组件重量以提高燃油效率和性能。减轻飞机重量是最小化飞行环境影响关键因素。3D打印件通过减少空气阻力助力减重，进而降低燃油消耗。

给定速度下，飞机重量增加阻力，因机翼需产生足够升力。但重量对巡航高度影响最大。较重飞机因升力所需空气密度导致巡航高度更低。更大空气密度导致更大阻力，结果燃油消耗更高。使用碳纤维材料和形状记忆合金可减轻飞机重量同时提高建造效率。

8. 安装支架

3D打印技术广泛用于生产低批量金属支架，结构可靠、可将复杂救生系统安装飞机内部墙壁。制造工艺通常涉及直接金属激光烧结(DMLS)或选择性激光熔化(SLM)技术，创建满足航空航天业安全标准的高质量支架。

为什么3D打印在航空航天业重要？

3D打印在航空航天业重要性主要源于飞机设计和组件生产改进。3D打印可生产传统制造方法无法制造的复杂、轻量、耐用零件。已实现具有复杂几何形状组件生产，含支架、外壳、涡轮叶片，这些对航空航天业至关重要。

此外，按需低成本生产零件能力使飞机制造商减少库存和交期，同时能为特定应用设计生产定制零件。另外，3D打印用于工装、夹具、固定装置带来显著成本节约和生产效率提升。

3D打印如何影响航空航天业？

3D打印在多领域革新航空航天业：

1. 生产固定装置、夹具、量规、模板，降低成本
2. 创建训练用占位零件
3. 制造飞机内执行结构功能的金属支架
4. 利用3D打印原型完善成品形态配合
5. 生产飞机内部组件，如门把手、驾驶舱仪表板
6. 归功于3D打印技术进步，制造更轻更高效发动机和涡轮组件
7. 实现难或无法用传统方法制造的复杂轻量零件生产，造就更强、更高效、更安全飞机
8. 消除昂贵工装模具需求，减少零件组件生产时间成本，降低库存、改善供应链效率
9. 航空航天制造创新，如太空增材制造，允许按需生产零件、减少昂贵耗时补给任务需求

3D建模在航空航天如何应用？

3D建模在航空航天业应用广泛。3D建模是创建物体或结构三维表现过程。一用途是建造飞机库。工程师创建机库3D模型帮助理解如何组装机库及其与周围环境交互。

另一用途是设计飞机机身。工程师用3D模型测试不同设计如何与飞机其余部分及周围空气交互。也可用3D模型创建原型测试其他材料如何影响机身强度耐久性。3D模型也帮助估算飞机或航空航天项目价格成本，含材料、人工、其他相关费用信息。

3D模型也提供项目详细规划规格。3D扫描可存储项目不同零件组件大量数据。最后，3D模型帮助工程师将结构分解为零件组件进行颗粒度分析。帮助工程师更好理解特定特征工作原理或识别潜在设计问题。

哪些航空航天公司使用3D打印？

许多航空航天公司以各种方式使用3D打印。航空航天业使用3D打印主要参与者：

1. 空中客车
2. 波音
3. 洛克希德·马丁
4. GE航空
5. 劳斯莱斯
6. SpaceX
7. NASA

这些航空航天公司用3D打印技术创建飞机零件。也开始探索3D打印在生产流程中应用。

波音如何使用3D打印？

波音从事3D打印实验一段时间。几年前开始在卫星生产中使用3D打印。2019年通过增材制造创建首个金属卫星天线。天线为以色列公司Spacecom制造，随其AMOS 17卫星同年8月发射。通过用单个3D打印件替换大型组件中多个零件，波音减轻天线重量并缩短生产时间。

波音也在顶级喷气机生产中利用增材制造。新款波音777x配备两台GE9X发动机，为GE航空全球最大喷气发动机。包含300多个打印件，发动机减重助力波音777x成全球最高效双发喷气机，燃油消耗降低12%、运营成本降低10%。

3D打印如何造福太空旅行？

太空应用制造需高精度。DMLS(直接金属激光烧结)和EBM(电子束熔化)等增材制造工艺擅长生产严格公差零件。层薄至20或40微米时可达高尺寸精度。但某些金属3D打印技术如SLM(选择性激光熔化)因体积庞大、大功率需求、涉及易燃粉末和呼吸危害，不适合微重力环境。NASA及合作伙伴正开发适合国际空间站使用的金属打印技术，使太空任务能用3D打印技术生产金属零件。

在太空打印工具和替换件能力对长期任务至关重要。3D打印技术提供解决方案，让宇航员按需生产必要零件，无需等待从地球发送。3D打印也可减轻有效载荷重量，因仅需运输原材料，大幅减少重量空间需求、降低发射有效载荷入太空成本。

此外，3D打印可创建传统制造方法无法实现的更复杂精细设计。允许为太空旅行创建先进高效组件，如火箭发动机零件、隔热罩。另外，3D打印技术可用于其他星球创建栖息地和基础设施。将促进可持续人类太空存在，具按需建设维修结构能力。

航空航天业3D打印最常用材料是什么？

航空航天业3D打印最常用材料为各类金属合金：钛、铝、不锈钢、钴铬。这些材料高强重比、优异热力学性能、耐腐蚀，适合生产轻量耐用航空航天组件。但聚合物和复合材料也用于某些应用。下列为航空航天3D打印用材料：

1. ABS： 用于仪表盘界面等边框
2. 可铸造树脂或蜡： 用于铸造金属零件如门把手、支架
3. 玻璃填充尼龙： 用于发动机舱如跑道喷嘴边框
4. 尼龙12： 用于创建空气导管如气流管道
5. 标准树脂： 用于全尺寸面板如入口门、座椅靠背。也用于生产客舱配件如控制台零件
6. 钛或铝： 用作金属组件如GE喷气发动机、悬挂叉
7. 透明树脂： 用于制造大灯原型

复合材料如何用于航空航天3D打印？

复合材料因强度轻量独特结合越来越多用于航空航天3D打印应用。典型由基体材料（聚合物或金属）和增强纤维（碳或玻璃）组成。

复合材料常用于机身结构、发动机组件、内部组件。3D打印生产复合组件有多优势，含创建传统方法难或无法制造的复杂几何结构能力。

钛是航空航天3D打印好材料吗？

是，钛是航空航天3D打印常用材料。有优异强重比和高耐腐蚀性，成飞机组件理想材料。此外，3D打印允许创建传统制造方法不可能的复杂几何形状。是航空航天应用钛零件生产宝贵工具。但钛比其他材料更贵难加工。通常保留用于需其独特性能的高性能或关键组件。

总结

本文介绍航空航天业3D打印用途，解释其内容并详细讨论各用途及益处。了解更多各行业3D打印用途，请联系Xometry代表。Xometry提供广泛制造能力，含3D打印及其他增值服务，满足您的原型和生产需求。访问官网了解更多或索取免费无义务报价。

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作者：Dean McClements，机械工程荣誉学士，拥有二十余年制造业经验，曾任职于卡特彼特、Autodesk、柯林斯航空航天和Hyster-Yale等领军企业。