航星公司探索航天领域另类3D打印
2015年07月15日 来源： 新华科技
不需要模具也能制造结构复杂的构件？电脑里的3D模型能直接“打印”出实实在在的物品？这个物品不只是金属工具或是汽车，它可能是一架飞机，甚至于航天器。在航天领域，3D打印正在让科学幻想变为现实。
3D打印的学名为“增材制造”，用这种工艺加工金属元件不同于传统的“先铸造、后机加”的模式；而是利用“离散-堆积”材料的原理，基于元件的三维数学模型，从无到有逐层堆积材料，实现完整金属部件的直接制造。
随着市场竞争日趋激烈，新一代的航天飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本的方向发展。目前，电弧增材制造（Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM）技术成本低、效率高，更符合3D打印金属构件应用于生产的需求。
这种加工技术先熔化金属丝材，之后按CAD三维模型逐层沉积金属液，直接制造出接近产品设计尺寸要求的立体金属构件，从而省去了铸造前制作模具的过程，大大降低了产品的生产成本。同时，用电弧作为熔化金属的热源，使得金属丝材熔化后沉积率高达3～4kg/h，即现在通过2~3天的金属堆积就可以打印成型的产品外壳，以往需要一个月左右才能生产出来。
相较于激光熔化成形增材制造所需的动辄几百万的激光机，电弧增材制造对生产设备的要求要低很多，而且，其设备处于开放空间，更适合制造大型工件。“低成本、高效率，总成本比激光选区激光熔化（SLM）降低50%以上，这对大型构件的低成本制造具有特别的意义。”
其实，自20世纪60年代末开始研究的电弧增材制造技术已在德国、瑞士等多家制造企业得到应用。例如，英国著名武器制造商（BAE系统公司）打印出的大尺寸炮弹（直径155毫米），世界第三大飞机制造商庞巴迪公司的飞机起落架支撑外翼等等产品；而国内相关的技术研究也蹒跚起步。
目前，航天239厂联合华中科技大学科研团队，以变形铝合金异型结构产品为研究对象，掌握电弧增材制造成形工艺等关键技术，获得优化的电弧增材制造成形工艺规范，实现复杂异型变形铝合金结构的电弧增材制造。
“未来拓宽电弧增材制造可使用的金属材料范围，打印出多种金属复合的工件，同时提高产品的尺寸精度与性能是我们的研究方向”，为应对3D打印技术在航空航天领域更广泛的应用，联合研制团队已有了进一步的规划。
电弧增材制造技术的研究工作还在继续，它在促进先进制造技术发展的同时，也使结构设计的思想得到解放和提升，这两者的相互促进必将对未来飞行器制造技术领域造成深刻影响。（王志敏黄晓黎）
