淺談3D打印技術(shù)在航空維修中的

航空工業(yè)一直是我國國防工業(yè)的重中之重，而航空維修是航空工業(yè)的重要組成部分。新世紀(jì)后隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，航空工業(yè)也迎來了飛速發(fā)展，無數(shù)新型戰(zhàn)機翱翔藍天，保衛(wèi)著祖國的山河大地。目前國產(chǎn)三代機已相繼進入了翻修周期，相對于傳統(tǒng)的二代機，三代機無論在機體的結(jié)構(gòu)布局、特設(shè)航電及軍械雷達等方面，還是在主機材料上都發(fā)生著重大改變。傳統(tǒng)模式下的修理方式將不能完全保證軍機修理的要求。因此，在三代機修理過程中研究、引入一些新技術(shù)、新方法，以適應(yīng)航空維修不斷發(fā)展的趨勢。

3D打?。?DPrinting），專業(yè)術(shù)語為增材制造技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代。前期主要用于產(chǎn)品研制階段的“快速原型”和制造階段的“快速成型”。隨著第三次工業(yè)革命的熱潮，3D打印也迎來井噴式的發(fā)展，航空工業(yè)為了滿足自身發(fā)展需求，也陸續(xù)引入了這項技術(shù)，用在航空制造上的主要工藝方法有激光近凈成型技術(shù)(LENS)、激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）及電子束選區(qū)熔化技術(shù)（EBSM）等。

一、結(jié)構(gòu)類零件加強

鑒于三代機性能提升的需求，無論是自重還是載彈量都在不斷增加，在訓(xùn)練過程中很容易造成飛機承力大部件的損傷。以ZD2型飛機為例，其中央翼部分(見圖1)是連接前、后機身，外翼的大部件，同時連接進氣道、發(fā)動機短艙和主起落架等部件，處在機體的中心部位。從氣動布局角度來看，它應(yīng)屬于機翼的一部分，而從結(jié)構(gòu)功能角度來看，則相當(dāng)于常規(guī)布局的中機身，是機體的最主要承力部件之一。

圖1　中央翼結(jié)構(gòu)

圖2

圖3  加強件

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的材料可實現(xiàn)打印，而且3D打印產(chǎn)品所能達到的精度也越來越高。在承力部件的修理中，引入3D打印技術(shù)，可以很好地解決上述常規(guī)修理面臨的問題。工藝師考量3D打印材料的可塑性、加工性和經(jīng)濟性后，按照設(shè)計所給出的數(shù)模先使用塑料打印出需要的特制角盒，進行試裝配，反復(fù)比對位置關(guān)系，通過銼修、鉗制等手段來處理角盒輪廓，最終確定滿足裝配間隙要求的角盒，并利用逆向技術(shù)重新設(shè)計角盒數(shù)模，再通過金屬3D打印制造出完全符合要求的特制加強角盒，進行結(jié)構(gòu)件加強。

二、復(fù)雜零件、復(fù)合材料制造

圖4  卡箍零件

如果使用3D打印技術(shù)制造此類零件，成型過程無需專用模具、工具和夾具，工藝人員只需利用CATIA等設(shè)計軟件將二維圖樣轉(zhuǎn)化為三維CAD模型，通過3D打印系統(tǒng)的Magics軟件對數(shù)模進行編程，采用3D打印的激光燒結(jié)技術(shù)就可以打印出所需零件。同時，3D打印技術(shù)可將圖4所示零件中原本需要焊接的部分直接加工為一體，在加強結(jié)構(gòu)強度的同時降低零件質(zhì)量，從另一方面滿足了航空修理的需要。

復(fù)合材料是航空領(lǐng)域新興材料，修理中復(fù)合材料零件存在成本高、工藝難度大等問題，限制了維修能力，3D打印技術(shù)不僅可以用于金屬和非金屬材料，還能夠用于碳纖維這類復(fù)合材料。