3D打印實質(zhì)為一種快速成形技術(shù)，是由成形設(shè)備以粉末材料累加的方式制成實物模型。與傳統(tǒng)制造業(yè)的去除材料加工方式不同，3D打印遵循的是加法原則，即實物以層層粉末疊加而成，所以也稱為“增材”技術(shù)。采用3D打印技術(shù)制備出的多功能化陶瓷零件，在建筑、工藝、航天航空領(lǐng)域?qū)玫綇V泛的應(yīng)用。

3D打印技術(shù)在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在航天領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用越來越廣泛。在國外，美國航空航天局采用3D打印技術(shù)制備了電子器件的冷卻板、封裝板和防護板等類似零件；NASA馬歇爾航天飛行中心利用SLM技術(shù)實現(xiàn)了燃?xì)獍l(fā)生器導(dǎo)管的整體制造，解決了導(dǎo)管大曲率、小彎曲半徑結(jié)構(gòu)特點難加工的困難；奧地利Lithoz公司基于光刻的陶瓷制造技術(shù)(LCM)自主研發(fā)了LithaCore450硅基材料，用于打印陶瓷葉片型芯，滿足了航天航空的要求。在國內(nèi)，國防科技大學(xué)采用尼龍3D打印設(shè)備，直接制造無人機、定位導(dǎo)航外殼，解決了傳統(tǒng)工藝制造成型困難、時間長和成本高等問題；北京航空航天大學(xué)開展激光快速成型工程化應(yīng)用技術(shù)研究，先后制造出飛行器TC4艙體框、發(fā)動機壓氣機葉片和TA15鈦合金角盒等零件；中國科學(xué)院沈陽自動化研究所應(yīng)用MPLS多層熔覆技術(shù)對螺旋槳葉腐蝕損傷部位進行修復(fù)，該技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)了將成批庫存壽命期內(nèi)的腐蝕槳葉再次裝機使用的光明前景，有較高的軍事價值和經(jīng)濟效益。

2020年5月長征五號B載人飛船試驗船上搭載了一臺“3D打印機”。這是我國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的3D打印實驗。

太空3D打印技術(shù)的發(fā)展，使實現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能，為空間長期在軌運行、維護，甚至將來的空間站在軌擴建打下基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于航天行業(yè)的特殊性，航空航天裝備對材料的性能和成分要求十分嚴(yán)苛，對產(chǎn)品的精密度、質(zhì)量、重量等方面都提出了更高的要求，傳統(tǒng)加工方法操作復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。將3D打印技術(shù)應(yīng)用到航天產(chǎn)品上，經(jīng)過近些年的研究與推行，有以下優(yōu)勢：

（1）3D打印技術(shù)可顯著提高材料利用率。

（2）3D打印技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)雜難加工零件的成型。

（3）3D打印技術(shù)可有效實現(xiàn)輕量化。

（4）3D打印技術(shù)可修復(fù)零部件破損部分。

陶瓷3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、空間應(yīng)用光學(xué)儀器

應(yīng)用在復(fù)雜宇宙環(huán)境中的空間應(yīng)用光學(xué)儀器，不僅需要精密的測量能力，還要極強的抗壓能力。陶瓷材料本身具有特殊的機械性能（剛度、強度、穩(wěn)定性），但同時這也限制了其使用在大型和小應(yīng)力零件中。然而，空間應(yīng)用對優(yōu)化的大型光學(xué)儀器的需求越來越迫切，例如：衛(wèi)星反射鏡必須盡可能輕，只有增材制造才能優(yōu)化這些新反射鏡的設(shè)計和生產(chǎn)。

2、航空發(fā)動機渦輪葉片成形

在航空航天領(lǐng)域，航空發(fā)動機和輕量化功能結(jié)構(gòu)是重點和難點領(lǐng)域。面對的未來發(fā)展的更高需求航空發(fā)動機葉片是一個最為關(guān)鍵的部件，其具有極端的高溫性能和復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)要求，是制約航空發(fā)動機發(fā)展的難點。3D打印技術(shù)引入渦輪葉片鑄造成形領(lǐng)域，可大大降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的限制，實現(xiàn)型芯/型殼的無?；苽?，為空心渦輪葉片快速制造提供新途徑。目前空心渦輪葉片陶瓷鑄型直接成形的AM技術(shù)主要有選區(qū)激光燒結(jié)(Selective Laser Sinte-ring,SLS)和陶瓷光固化成形(Ceramic Stereo-lithography,CSL)。北京航空材料研究院、華中科技大學(xué)等科研院所開展了相關(guān)的研究，并在航空領(lǐng)域得到初步驗證，一定程度上推動了渦輪葉片制造技術(shù)的發(fā)展；但是，SLS鑄型表面質(zhì)量和尺寸精度以及高溫性能有待提高，以滿足空心渦輪葉片近凈成形的苛刻技術(shù)要求。而CSL技術(shù)成形陶瓷素坯精度較高，在渦輪葉片鑄型制備方面具有潛在應(yīng)用價值。

3D打印技術(shù)設(shè)備

在高端裝備制造領(lǐng)域，3D打印設(shè)備正在成為重要的生產(chǎn)工具，由升華三維自主研發(fā)的工業(yè)型獨立雙噴嘴3D打印機UPS-250及大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556通過搭載雙噴嘴設(shè)計，已實現(xiàn)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的開發(fā)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形，成功進入到我國航天航空、核工業(yè)、汽車等高端制造領(lǐng)域，成為促進中國制造創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級的新工具，具有很高的應(yīng)用價值。以下列舉相關(guān)系列應(yīng)用：

衛(wèi)星反射鏡：將熱加工過程轉(zhuǎn)移到燒結(jié)步驟以更好地進行熱應(yīng)力管理，在實現(xiàn)同樣的光學(xué)口徑和精度要求時，3D打印的碳化硅輕質(zhì)反射鏡可實現(xiàn)大尺寸一體成型，同時具有更優(yōu)的熱穩(wěn)定性、產(chǎn)品性能一致性強。

火箭噴嘴：碳化硅陶瓷是此項目的重要材料，能夠承受極端溫度和壓力，同時保持輕巧。

發(fā)動機渦輪：3D打印碳化硅陶瓷渦輪可滿足高推重比航空發(fā)動機對高溫部件的性能要求，可使發(fā)動機工作溫度提高300～500℃，結(jié)構(gòu)減重50％～70％，推力提高30％～100％。

剎車盤：碳化硅陶瓷剎車盤能有效而穩(wěn)定地抵抗熱衰退，其耐熱效果比普通剎車盤高出許多倍；同時更輕的剎車盤也令懸掛系統(tǒng)的反應(yīng)更快，因而能夠提升車輛整體的操控水平。

吸盤/托盤：3D打印碳化硅吸盤/托盤，可實現(xiàn)大尺寸、高精度

中空、閉孔等結(jié)構(gòu)陶瓷零部件的制備，達到高度輕量化的同時保持強度和剛度。

航空航天產(chǎn)業(yè)是國家制造業(yè)實力的體現(xiàn)，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計，減少零部件的重量，降低生產(chǎn)成本，這也給航空航天事業(yè)帶來了許多好處。

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