3D打印技术在航空航天领域的应用案例1(公开)

  GE成功测试微型喷气式发动机 3D打印航空航天应用：2014珠海航展歼-31 这些3D打印的无人机 你都见过吗 3D打印天线支架－RUAG Space与EOS领先3D打印卫星技术 3D打印的LEAP引擎成功飞入天空    3D打印技术航空航天应用案例 | 51shape.com 2  GE成功测试微型喷气式发动机 GE的研究小组为一款无线电控制的飞机设计了一台功能齐全的小型喷气发动机，它体现了3D打印技术的所有优点。他们重新设计了RC引擎，并使用EOSM2703D打印机直接将其打印出来。这台彻头彻尾3D打印的微型喷气式发动机在航空试验室里的测试结果让人印象深刻——该发动机能够实现高达33,000RPM的转速。GE航空集团的发言人RickKennedy认为，3D打印特别适合于生产用传统制造方式难以实现的高度复杂零部件。3D打印技术还可以使用高温、高强度的合金材料，这些都是传统方式很难使用的。此外，这些3D打印的零部件的耐久性是传统方法生产的零部件的5倍以上。它还大大减少了零部件的数量，过去的发动机燃料喷嘴由多达20多个零部件组成，而通过3D打印，这些零部件的数量减少到了3个。当涉及到飞机零部件的制造时，质量高于一切。这也是GE依赖于EOSM2703D打印机的原因，该设备使用直接金属激光烧结技术（DMLS），其实称为直接金属激光熔融（DMLM）技术更贴切。设备使用一个200瓦的激光器去熔融超薄的金属粉末层。与更常见SLS3D打印技术相比，DMLS技术不仅制造速度更快，也能够实现比SLS打印更好的金属属性。虽然这并不意味着在不久的将来所有的喷气发动机将完全3D打印。但Kennedy表示，预计未来几年将有更3  多的发动机零部件使用3D打印制造。同时，GE投资3千2百万美金的专门用于增材制造技术的工厂也落户在Pennsylvania。GE的首席执行官DanHeintzelman认为增材制造将为GE带来巨大的竞争力和在未来保持竞争优势的可能性，增材制造也为创造性和高效率带来了更广阔的空间，并且为股东带来更高的投资回报率。4  3D打印航空航天应用：2014珠海航展歼-31 本次珠海航展轰-6M以及歼轰-7飞豹战机都将只做静态展示，而不进行飞行表演，但歼-31将进行空中飞行表演。现场布展工作共用一天多的时间，主要是挂载导弹的布展比较耗费时间。现场展示的大部分的挂载导弹都是真的，而并非模型。本届珠海航展的最大明星——歼-31“鹘鹰”战斗机飞抵珠海航展现场。歼-31的首次正式亮相有着非常重大的意义，这将是中国首次正式公开国产第四代战机。也表明我国成为继美国和俄罗斯之后第三个具备出口隐身战斗机的国家。此前，有美媒报道，为减机身重量，歼31用了大量3D打印部件，其中包括钛翼樑。5  据美媒消息称，歼31目前继续在沈阳飞机工业集团的一个研究场所进行试飞。据已公开资料显示，歼31长17米，翼展11.5米，大小与美国的F35“闪电”Ⅱ型战机差不多，比F22、歼20略小。一旦服役，歼31可能会与歼20组成“高低”组合，就像美空军的F35和F22组合一样。歼31还可能到航母上服役。报道称，歼31的配置包括内部武器舱、隐形机身以及相控阵雷达。据说歼31使用了歼19的技术，自2012年秋天以来，歼31已在渖阳进行了最少6次试飞，目前第二架样机正在组装。报道认为，为节省重量，歼31用了大量3D激光打印部件，其中包括钛翼樑。与F35相比，歼31用了两个更小的俄罗斯RD33引擎，这样歼31的机身就比F35更扁平，具有显著的空中优势，因为更扁平的机身意味武器舱更小，不过负担减小也会提高燃料效率和速度。歼31也许能够在翼下携带鹰击12反舰导弹，不过要付出不能隐形的代价。相关专家指出，3D打印技术不只是产业增效器，更是军事创新的平台。该技术在社会上培育了“创客”一族，开辟DIY创新模式，极大地激发了人们的创新潜能。在战场上，“创客”也将成为主导战争成败的主体之一。谁将3D打印技术的潜在价值运用到极致，谁将更可能赢得未来战争。6  这些3D打印的无人机 你都见过吗 如今，3D打印技术正“无孔不入”地渗透到人们的生活中，产品几乎可应用于市场各细分领域。3D打印技术正以自身独特的优势倍受青睐，引起人们一次次惊叹。最近，BAE系统公司的科学家和工程师们预测，在不久的将来，前线特种部队甚至可以在执行任务的途中提出对无人机支持的申请，并立即得到所需要机型。比如，工程师在大后方将设计好的指令传给特种部队携带的3D打印机，部队上的技术人员就能在很短的时间内按照大小、航程和载重量等参数，现场打印出所需的无人机。3D打印无人机，其实并不罕见，近几年，国外已有一些团队已经开始了3D打印无人机的实践并走向应用，二者如何契合?我国在此方向的发展又如何呢?下面就让我们一起了解那些利用3D打印技术生成的无人机和它们的应用。“首个3D打印无人机：2011年7月，英国南安普敦大学的工程师曾设计并放飞了世界第一架“打印”出来的飞机，飞机名为“SULSA”，包括机翼、整体控制面和舱门，整个结构均采用打印方式生成。“SULSA”，款电动飞机翼展2米，最高时速接近100英里(约合每小时160公里)，巡航时几乎不发出任何声响。SULSA使用EOSEOSINTP730尼龙激光烧结机打印，通过层层打印的方式，打印出塑料或者金属结构。整架飞机可在几分钟内完成组装并且无需任何工具。激光烧结允许设计师打造通常情况下需要借助昂贵传统制造技术的形状和结构。这项技术让高度定制化的飞机从提出设想到首次飞行在短短几天内便可成为现实。如果使用常规材料和制造技术，例如合成物，这一过程往往需要几个月时间。此外，由于制造过程无需任何工具，飞机的外形和体积能够在没有额外成本情况下发生根本性变化。7  美大学生3D打印模型飞机：2012年10月，弗吉尼亚大学大三的两个学生通过3D打印技术制造出一家模型飞机并成功试飞。他们的飞机翼展达6.5英寸(约2米)，所有零部件都是通过3D打印机制造出来的。这是目前第三架成功试飞的利用3D打印技术制造的模型飞机。这两位学生的作品证明，3D打印技术能够在保证产品质量的同时降低成本。“5年前，制造这样的塑料涡扇发动机的成本约为25万美元，需要花上两年时间，”来自弗吉尼亚大学工程学院的大卫·谢福勒(DavidSheffler)说，“但是借助3D打印技术，我们的设计生产过程只花了4个月时间，成本也只有2000美元”。更多的团队在迈进：2014年8月，美国弗吉尼亚大学的一个研究团队已经用3D打印技术制成了1.8磅重的名为“剃刀”的无人机的9个机体部件。经过31个小时，利用“溶化叠加建模”技术。该团队用溶化过的材料通过一层层的喷涂，最终制成了“剃刀”的机身。该机使用的电子设备都属于货架产品，如马达、伺服系统、自动驾驶仪和电池，然后用一台安卓智能手机充当计算机。另外一家名为“SolidConceptsinc”的美国民营公司，也能够采用3D打印技术在一夜之间制成多种型号无人机的机身、机翼、头锥和机尾等。该公司业务发展经理FrederickClaus认为，“如果特种部队需要打8  印无人机，那么，他们所要做的只是操控它飞越山岗去找坏人。他们只需要操控好它。当发现目标后，只需要按一下按钮就把敌人炸飞了。”国外计划投入应用监视海上非法作业：2013年7月，英国南安普顿大学的研究人员已制造出一个名为2Seas的3D打印无人机，2Seas无人机旨在为英国、荷兰、比利时和法国的海岸警卫队执行长时间飞行监视任务。该无人机不需要飞行员，仅在机翼下方安装一个高清相机来监视海面中的非法捕捞作业和毒品运输船。2Seas无人机由电动SULSA无人机直接演变而来。SULSA无人机全部采用强ABS塑料打印而成，包括1.5米的翼展。但2Seas无人机有4米长的翼展，就目前的3D打印机而言太长。因此，仅中央翼盒、油箱和发动机螺栓采用3D打印技术，机翼和尾翼由碳纤维制造而成。2Seas无人机采用汽油发动机推动其一个螺旋桨运行，而并非采用电动发动机。与SULSA无人机仅能飞行40分钟相比，双引擎2Seas无人机可以每小时100公里的速度飞行6小时。2Seas无人机拥有多个冗余的飞行控制器和双引擎，这就意味着它在本质上是执行海事监视任务的一个安全飞机。9  6月初，2Seas无人机已进行了首次飞行测试，目前正在进行应对天气和设备的多项测试。预计，2Seas无人机将于2015年服役。毗连英吉利海峡和北海的英国海事安全机构将很快使用该无人机。自动追踪运动进行航拍：2014年7月，全球领先的3D打印和增材制造解决方案供应商StratasysLtd.(纳斯达克代码：SSYS)宣布，无人机(UAV)初创公司Helico利用Stratasys3D打印技术，成功推出了全球首架自动航拍无人机AirDog。AirDog能自动捕捉和追踪户外运动，并进行视频拍摄。与许多跟拍无人机使用智能手机作为追踪器不同，AirDog开发了一款可穿戴式的专用追踪器AirLeash。据称，AirDog的成功起飞得益于AirDog和其配套的AirLeash追踪器分别采用了Stratasys的FDM和PolyJet3D打印技术。AirDog航拍无人机的最终成品完全基于ULTEM材料，采用Stratasys的3D打印技术FDM打印而成。ULTEM材料强度极高，具备出色的耐用性，且十分轻巧，这对保持AirDog起飞和空中飞行过程中的高灵敏性至关重要。AirDog配套的AirLeash追踪控制器的制作也得益于Stratasys的PolyJet多材料3D打印技术。这款腕带追踪控制器通过3D打印技术一次性打印而成，结合刚性和类橡胶材料制作出各个部件，包括坚固的机壳和键盘上的软按键等。10  3D打印部件改造飞行器将研究火山喷发：本年10月，加州MoffettField的美国宇航局(NASA)Ames研究中心的工程师们和一组实习生使用3D打印的零部件对已有的无人机(UAV)进行改装，使其可用于特定的任务。改装后的DragonEye无人机为“FrankenEye”。他们所用部件主要来自NASA从海军陆战队的RQ-14DragonEye无人机，由Aerovironment公司生产，能够穿过火山喷发时由火山灰组成的火山烟羽，因为其不受火山灰的影响。这种未经修改的小型电动飞机重5.9磅，有翼展达3.75英尺，双电动马达，而且携带者一磅重的仪器可以连续飞行一个小时。而FrankenEye的两个机身意味着可装两组电池和更高效的机翼设计，允许它飞行速度较慢，更节约能源，其持续飞行的时间能够增长三倍。改装后的“FrankenEye”无人机平台，将用于研究从哥斯达黎加圣何塞附近的Turrialba火山喷发。其目标是改进来自卫星的研究数据，如浓度的计算机模型和火山气体的分布，以及火山羽状物的传输通路模型。对比国外，尽管我国利用3D打印技术制造无人机的团队相对较少，但同样有公司看到了其中的发展，正向3D打印无人机迈步。11  天津的中孚航空科技有限公司所打印的主要是飞机机头、机身及机翼。而从打印时间上看，达到实验级别的飞机，打印机头和机身各需要10多个小时，这比在工厂里动辄一周的生产时间大大缩短，而且还减少了在实验阶段更换飞机部件，每次开模具的时间和费用。此外，由于3D打印技术只需将图纸输入电脑，就可实现全程自动化高精度操作，材料利用率达到100%，成本也比传统制造方式减少30%以上。而在零配构件的制造方面，湖南萌境智能三维技术有限公司董事长张波将3d打印技术运用于无人飞机制造领域，得到很多厂商的认可。从2009年起他开始向全国各大无人飞机制造厂推广3D技术,在他的推动下，3D打印技术已开始应用于国内部分无人机零配构件的制造。张波认为他推广的产品之所以受到各公司技术高层青睐