在增材制造（AM）的早期，該技術(shù)主要集中在設(shè)計(jì)和快速原型應(yīng)用上。而最近增材制造技術(shù)正逐漸被應(yīng)用于從耐火材料和技術(shù)材料中制造高性能機(jī)械部件。

這在太空和航空航天工程中尤為常見，可承受性、多功能性、速度和精度的結(jié)合使增材制造成為理想的選擇。

它在輕型結(jié)構(gòu)中打印耐火材料的能力使其成為一種有吸引力的方法，提供的高溫性能僅占傳統(tǒng)制造的耐火金屬零件重量的很小一部分。

本文將概述與傳統(tǒng)減法制造相比，增材制造的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)所在，以及如何實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)以改變航天工程的格局。

美國(guó)宇航局（NASA）在2013年對(duì)火箭噴射器設(shè)計(jì)進(jìn)行了測(cè)試。在這些測(cè)試中，小規(guī)模噴射器在燃燒氫氣和液氧的同時(shí)，經(jīng)受的溫度超過3300°C，承受極端壓力超過46秒。

測(cè)試是成功的。一位負(fù)責(zé)測(cè)試的工程師解釋說，這些新部件“運(yùn)轉(zhuǎn)良好”，可以應(yīng)對(duì)極端條件，而不會(huì)出現(xiàn)故障跡象。更為出色的是，這些高性能零件都是通過一步式增材制造工藝生產(chǎn)的。

NASA先前用于這些測(cè)試的小規(guī)模噴射器是使用傳統(tǒng)的“減材”方法制造的：加工和銑削散裝材料，并將零件連接在一起。以前的噴射器每件制造成本為10,000美元，有四個(gè)部件，制造時(shí)間超過六個(gè)月。而增材制造不僅能生產(chǎn)出功能上難以區(qū)分的新噴射器部件，而且是花費(fèi)不到三周的時(shí)間和一半的成本就實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

NASA的燃油噴射器只是將增材制造技術(shù)應(yīng)用于太空應(yīng)用以提高制造效率和部件性能的多種方式中的一個(gè)例子。

增材制造的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)應(yīng)用于航天工程時(shí)，增材制造具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，增材制造使構(gòu)造幾何形狀復(fù)雜的部件成為可能，這將可能需要高度專業(yè)化的生產(chǎn)方法。

一旦需要幾個(gè)不同的處理步驟，諸如NASA火箭噴射器之類的組件現(xiàn)在就可以通過一致的增材制造工藝進(jìn)行制造。

德國(guó)航空航天中心的研究人員使用AM制造最近開發(fā)并制造了可重復(fù)使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原型。新的增材制造設(shè)計(jì)使重量減輕了10％，部件數(shù)量從30個(gè)減少到1個(gè)，并比以前的設(shè)計(jì)提供了更高的性能。

與傳統(tǒng)的減材制造方法相比，增材制造能提供更大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，由于消除了對(duì)新零件進(jìn)行重新裝配或修改制造程序的要求，因此可以使用一臺(tái)機(jī)器按需有效地生產(chǎn)組件，這意味著規(guī)模經(jīng)濟(jì)更容易實(shí)現(xiàn)。

AM可以為小批量（通常低至一個(gè)）提供規(guī)模經(jīng)濟(jì)，這意味著制造商可以按需訂購(gòu)或生產(chǎn)部件，而不是一次性訂購(gòu)數(shù)千個(gè)部件以提高經(jīng)濟(jì)效益。

增材制造既是生產(chǎn)大量航空航天部件的一種成本效益高、又何生產(chǎn)高度可定制部件的方法。在航空航天應(yīng)用中利用增材制造的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)還在于，它可以用來顯著降低組件數(shù)量。

增材制造方法可以輕易地制造出帶有封閉單元、凹穴和孔的組件，以大大減少組件的數(shù)量。相反，減材制造幾乎只能創(chuàng)建密度均勻的“固體”部體。

例如，有數(shù)據(jù)表明，AM制造的衛(wèi)星部件的重量減輕了驚人的70％。這不是一件小事，因?yàn)樾l(wèi)星部件的數(shù)量大大降低，從而大大降低了發(fā)射衛(wèi)星和到達(dá)軌道時(shí)操縱衛(wèi)星所需的燃料量。

在太空應(yīng)用中盡可能減少每克重量的重要性不言而喻。AM提供了一種在不影響性能的情況下減少現(xiàn)有組件重量的方法。當(dāng)需要由致密的技術(shù)金屬和耐火材料生產(chǎn)高性能部件時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。

來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)