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地缘政治冲突，战机需求导致3D打印
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根据，包括金属和聚合物3D打印设备、材料和零件制造服务，2022 年价值 95.3 亿欧元，预计到 2027 年复合年增长率 (CAGR) 为 17.7%。与之前需要了解什么是3D打印等科普需求不同的是，2022年一个显著的变化是3D打印应用端开始主动提出各种更为具体的需求，此外，国际上地缘政治冲突带来的军事需求进一步刺激了3D打印技术在应用领域的垂直渗透。
▲F-22“猛禽”隐身战斗机 加速发展态势 3D打印用于军事飞机的制造在近几年出现了加速发展的态势，早在2019年，根据新浪军事，沈飞披露FC31战机新信息：用了上百个3D打印零件，鶻鹰战机的制造都是用统一的数据，都是三维数模；钛合金和复合材料的用量，基本上是很大了；这个飞机上大约有100多个零件用的是3D打印。根据CCTV报道的沈飞工艺研究所，他们正在将3D打印技术在飞机上大规模应用到工程化水平，处于世界领先地位。
▲3D打印成就新一代战斗机的技术逻辑 ©3D科学谷白皮书 3D打印技术满足了新型战机研制在减重、延长寿命、成本控制和快速响应等方面日益增长的需求。根据中国军事专家宋忠平在接受《环球时报》采访的表述，该技术可以制造出具有“更高结构强度”和无焊接集成部件。 相对于传统结构的离散、板杆构型、材料与承载功能单一等特征，新一代战机的新型结构特征可归结为“ 四化” ——大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化、结构功能一体化。围绕“ 四化” 方向，可构建全新结构形式，如三维承载整体结构、仿生构型结构、梯度金属结构以及微桁架点阵结构等。 《航空材料学报》2021年第41卷第6期：P1-P12尺寸与工艺控制能力的跃升 对基于增材制造的新型结构，重点关注两方面技术问题。一是新结构的可制造性，主要关注其制造可实现性、生产效率、尺寸规格，以及生产周期、成本和配套工艺等。二是关注新结构是否发挥了增材制造技术的特征与优势，设计是否达到最优。也就是说，基于先进制造的新结构研制一定要将设计和制造统一考虑，相互迭代，以实现最优的结构效率。 《航空材料学报》2021年第41卷第6期：P1-P122022年国际形势的一个显著特征是地缘政治冲突，这其中俄乌冲突带来的战机需求导致2022年增材制造市场发生显著变化，包括对选区熔融金属3D打印、电弧熔丝增材制造技术、激光沉积送粉成形、复合材料增材制造技术的需求都发生了急剧的增长需求。 根据AMPower 2023全球工业增材制造市场报告，2022年选区熔融金属3D打印的一个直观的发展趋势是超过600厘米加工尺寸的大型设备需求上升，其中航空航天领域购买的金属3D打印设备单台均价在100万欧元以上，一方面满足大尺寸加工零件需求，一方面满足小批量零件的量产制造需求。另外一个特征是此前DED定向能量沉积3D打印技术普遍被用来作为零件修复的一项技术，而过去一年的发展趋势是这项技术被越来越多的用于大尺寸零件的制造需求。
©3D科学谷白皮书 根据《航空装备电弧熔丝增材制造技术发展及路线规划图》一文，电弧熔丝增材制造技术具有其独特的优越性，但在实际生产中存在两个问题：弧坑塌陷导致的形状误差和过高的表面粗糙度。解决以上问题的主要方法则是依赖于路径规划方式的优化，路径规划方式的不同会对零件的几何形状精度、表面焊接质量、内部的显微组织和成形效率等因素造成影响。现有的增材制造模型分层切片方法主要有光栅扫描式、轮廓偏移式及分型线路径填充方式，上述路径规划方式均是基于单一路径规划方式的分析，但由于WAAM成形实际零件的结构复杂性，单一的路径规划方式往往不能起到很好的效果，故开发WAAM技术专用的路径规划软件成为新的研究重点。 在飞机设计领域，有一个基本共识——“ 一代飞机、一代技术” 。每一代战机，在其研制要求牵引下，对该时期相关技术的最高水平进行综合应用，包括设计、材料、制造、实验、使用维护等方面，该代飞机的技术特征与当时的飞机研制需求息息相关。而每一代跨代战机的出现，其研制需求都会大幅度提高，因此也会牵引着相关技术出现跨越式发展。 《航空材料学报》2021年第41卷第6期：P1-P12而国际上将电弧熔丝增材制造技术更多的应用到生产领域，根据3D科学谷的市场研究，国际上开发WAAM技术专用的路径规划，以及WAAM成形过程中在线监控与反馈控制技术的能力已上新台阶。 多方面发力 新一代战机机体结构需具有轻质高效、长寿命、多功能、低成本、快速响应的特征，针对新一代战机在结构设计上的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化、结构功能一体化，在发动机设计上需满足提升推力和降低当前发动机的燃料消耗、降低研发和制造成本、高效的维护和长寿命周期、飞机系统的高电功率提取以及最大的鲁棒性和可靠性的特点。 3D打印-增材制造正在成就新一代战机，主要的优势在于可以生产传统机加无法加工的微观结构和内部结构。结构方面，3D打印可以实现例如三维承载整体结构、仿生构型结构、梯度金属结构以及微桁架点阵结构等。发动机方面，3D打印大幅减少发动机零件数量、通过实现结构一体化的复杂设计提升发动机性能。
©3D科学谷白皮书 由于全球国防部门的竞争性质，承包商并不总是热衷于分享他们与战斗机相关的最新进展，但越来越多的证据表明许多国防领域的制造商正在转向 3D 打印。例如，Rostec 子公司可能正在建造 3D打印升级版 MiG-31，通过3D打印升级的 MiG-31 最高飞行速度突破了 3,400 公里/小时，是运载高超音速武器到地面高度的理想载体，3D打印成就更为强健的发动机，俄罗斯军方可能获得了比以前更强大、射程更远的战斗机 除了发动机、机身结构等应用，据悉，一家名为HENSOLDT 的公司还推出了一款 3D 打印的 Kalaetron Attack 干扰器，专门设计用于保护西方战斗机免受俄罗斯防空系统的攻击。该设备采用通过 3D 打印浓缩的电子设备，部署在防空和情报收集应用中。 知之既深 l 行之则远 SparkTALK 知之既深 行之则远 三维世界｜全球视角 白皮书下载 l 请申请3D科学谷QQ群：106477771 投稿或合作请加微信 l daisylinzhu 或将稿件发送至 l [email protected] 更多关注请登陆www.3dsciencevalley.com 特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。 Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services. /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端 |
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