企業微信

全球服務

400 850 2017

新聞中心News Center

3D打印有望在航空航天領域實現大規模應用

2022-02-14

航空航天的低價格敏感度與 3D 打印的獨有制造優勢相輔相成。一方面，航空航天領域特別注重產品的性能，尤其是軍用領域很多時候為了獲得更高的性能不計成本，較低的價格敏感度為 3D 打印在航空航天的大規模應用打開了空間。另一方面，“輕量化”、“高強度”以及“復雜零件集成化”一直是航空航天零部件制造和研發的主要目標，3D 打印技術的出現使得傳統制造工藝無法實現的結構成為了可能，反過來促進了航空航天行業的發展。我們認為，航空航天與 3D 打印行業再未來將擁有更佳多樣化的發展方向。

航空企業由于其產品的特殊性，其設備制造材料、工時消耗都需要花費巨大成本，而3D打印技術可以有效的降低高耗材料，提高設計效率，減少零件使用，提升結構整體化，而航空航天行業普遍存在追求高性能，對價格敏感度不強，可以比其他制造行業更早的實現廣泛的3d打印生產作業。

3D 打印在航空航天領域的優勢主要體現在以下幾個方面：

1）能夠實現復雜的結構設計并減重。相對于傳統制造方法，3D 打印在生產復雜精細結構方面具有獨特優勢，比如復雜的幾何結構及內部通道，結合結構拓撲優化技術，能夠顯著減輕零件重量。而對于航空航天來說，減重是永恒的主題。根據公司招股書，粗略統計，飛機重量減少一磅，平均每年可以節省 1.1 萬加侖燃油，美國 GE 公司預計 3D 打印零件未來可占航空發動機零部件的 50%，使其研發的大型航空發動機每臺至少減重 454kg。 3D 打印在一定程度上解除了制造工藝對結構設計的約束，大幅提升了航空航天行業的設計和想象力，因此越來越多的部件設計開始建立在通過 3D 打印制造的前提下。

2）降低原材料成本。航空航天行業大多使用價格昂貴的戰略材料，比如鈦合金、鎳基高溫合金等，而大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低，某些部件在鍛造、機加工的過程中去除的材料超過 80%，而 3D 打印相比傳統減材制造幾乎沒有材料浪費，大幅降低了原材料成本。

3）減少零件數量并提高零件性能。航空航天的零部件一般都較為復雜，部件通常需要由更細小的零件焊接組裝而成，零件與零件之間的配合、傳導在一定程度上影響了部件的整體性能，而 3D 打印技術能夠對復雜部件一體成型，顯著提升了部件的性能。以 GE 為 LEAP 發動機設計的 3D 打印燃油噴嘴為例，整套噴嘴可以一次成形，無需后續焊接，零部件數量從 20 個降為 3 個，重量減少 25%，成本降低 30%，使用壽命延長了 5 倍，自 2015 年通過 FAA 聯邦認證以來該型噴嘴已積累生產超過 6 萬個。

4）顯著縮短新裝備的研發周期。航空航天技術關系國家安全，世界各國之間競爭激烈，各國都試圖更快地研發出新的裝備。金屬 3D 打印技術讓高性能金屬零部件，尤其是高性能大結構件的制造流程大為縮短，無需研發零件制造過程中使用的模具，大幅縮短了產品研發制造周期。例如 3D 打印技術使得 NASA RS-25 的發動機擋板生產時間從 9 個月降至 9 天，GE 航空對 GE9X 航空發動機燃燒系統的設計時間縮短至幾個月，而通過傳統制造方法整個設計流程將耗費 18 個月。近年來，3D 打印在航空航天領域中的應用愈加廣泛，市場進入迸發前夜。 2016 年，空客公司搭載有增材制造部件的 A350 客機完成了為期兩年的測試，展現了增材制造在航空工業上的技術可行性和未來潛力；2017 年，波音公司在 787 Dreamliner 客機上使用 3D 打印鈦合金部件，預計可將每架 787 客機的制造成本節省 200~300 萬美元；截至目前，GE 已順利生產了超過 6 萬個 3D 打印燃油噴嘴，而 GE9X 作為目前世界上最先進的商用發動機之一，整體使用了 304 個 3D 打印零部件，涵蓋燃油噴嘴、熱交換器、導流器、葉片等七大類部件，為其他發動機廠商的新型號研制提供了指引；在航天領域，SpaceX 早在 2013 年就通過 3D 打印制造了 SuperDraco 飛船火箭發動機的引擎室，實現了傳統工藝難以制造的復雜冷卻通道、噴油頭和節流系統；此外，SpaceX 的獵鷹 9 號火箭能夠在短短幾年間成熟離不開 3D 打印在設計迭代過程中的幫助，獵鷹 9 號上使用了包括關鍵的氧化劑閥體等在內的大量 3D 打印零件。我國作為航空航天領域的追趕者，也將在很大程度上參考國外大規模使用 3D 打印技術的經驗。此外，由于航空航天行業的敏感性，國外領先的 3D 打印企業如 GE 增材、EOS 等與鉑力特等國內 3D 打印企業很少出現直接競爭，同時國外廠商的服務能力較弱，無法及時響應國內客戶的需求，因此具有本土化服務、響應迅速優勢的國產 3D 打印廠商有望更多的獲得客戶的青睞，競爭格局優越。

就目前而言從空客A350客機到獵鷹9號再到GE9X商用發動機，3D打印機在商用級、軍用級、航天級等航空航天領域中有著深遠的發展空間，并且已經有數量可觀的航天設備零件使用3D打印機作為生產驗證的主要方式，就目前而言2020年度全球航空航天市場規模占據整個3D打印行業30%以上的利潤，而在未來也擁有著十分可觀的上升可能性。

end