波音-Boeing的星際飛船-Starliner于2022年5月26日下午脫離國(guó)際太空站（ISS），費(fèi)時(shí)約4小時(shí)逐步降低高度。Starliner最后于當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午4時(shí)49分于新墨西哥州的白沙太空?qǐng)鲋亍?/span>Starliner星際飛船是波音為NASA商業(yè)載人航天發(fā)展計(jì)劃所設(shè)計(jì)的飛船，其主要用途是運(yùn)送乘客至太空空間站，值得一提的是波音使用了大量的增材制造技術(shù)。

波音的星際飛船-Starliner© 波音

航空航天增材制造應(yīng)用發(fā)展方向

PEEK材料的3D打印

2017年初波音就宣布將600多件3D打印部件用于波音的Starliner星際飛船，這些3D打印部件中還包括塑料零件，其中有牛津性能材料的OXFAB 3D系列打印材料：OXFAB-N和OXFAB-ESD。由于其惰性特點(diǎn)，OXFAB具有高度耐化學(xué)性和耐熱性，在零下300至300攝氏度之間既可以承受發(fā)射時(shí)的高溫，同時(shí)抵抗火焰和輻射，也可以承受太空中的極低溫度，這對(duì)于高性能的航空航天和工業(yè)零部件十分關(guān)鍵。

波音的星際飛船-Starliner© 波音

OXFAB的強(qiáng)度重量比優(yōu)于鑄造鋁、鎂和尼龍，可以幫助波音公司降低成本和減輕重量，每七個(gè)座位的太空出租車，與傳統(tǒng)的金屬制造相比，塑料零部件節(jié)省了約為60%的重量。3D打印的PEEK被用于航空航天和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有典型意義。經(jīng)過(guò)范圍廣泛的機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，PEEK是性能表現(xiàn)最出色的熱塑性材料，可以用于3D打印功能完整的、可直接使用的零部件。國(guó)內(nèi)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究團(tuán)隊(duì)使用遠(yuǎn)鑄智能（INTAMSYS）的高性能材料3D打印機(jī)FUNMAT HT對(duì)自主研發(fā)的碳纖維PEEK復(fù)合材料進(jìn)行3D打印工藝的系統(tǒng)研究，取得重要科研進(jìn)展。研究提出了一種普適性的制備滿足多種受力情況PEEK打印件的方法，該方法為制備大型打印件提供了新思路，通過(guò)調(diào)節(jié)其他摻雜組分、打印方向和微觀結(jié)構(gòu)，運(yùn)用遠(yuǎn)鑄智能（INTAMSYS）3D打印機(jī)和INTAMSUITE軟件，使得PEEK碳纖維材料有更強(qiáng)的空間適應(yīng)性和更多的功能性。

下一代航空航天技術(shù)背后的3D打印技術(shù)

不僅僅是PEEK的3D打印，通過(guò)適當(dāng)實(shí)施增材制造，可以減少零件和零件重量，同時(shí)提高系統(tǒng)性能。波音在3D打印領(lǐng)域的探索和應(yīng)用由來(lái)已久，在波音，對(duì)3D打印的應(yīng)用已經(jīng)超越了衛(wèi)星和載人航天器。3D科學(xué)谷了解到波音將3D打印技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)彈、直升機(jī)和飛機(jī)。僅在太空系統(tǒng)中，波音團(tuán)隊(duì)為飛行計(jì)劃提供近 1,000 個(gè)增材制造零件。此前，分享了波音的高通量小型衛(wèi)星生產(chǎn)和測(cè)試工廠，如何通過(guò)3D打印-增材制造加快周期時(shí)間；通過(guò)《通過(guò)獲得波音資格的制造商看3D打印進(jìn)入量產(chǎn)的切入點(diǎn)》一文分享了波音在飛機(jī)制造領(lǐng)域?qū)?/span>3D打印結(jié)構(gòu)件推向量產(chǎn)應(yīng)用方面，做出的積極努力。

衛(wèi)星設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是極端臨界質(zhì)量、多功能結(jié)構(gòu)、低產(chǎn)量、低占空比、高可靠性和上市速度。正因?yàn)槿绱?，航天器和衛(wèi)星平臺(tái)為使用增材制造設(shè)計(jì)和分析飛行器產(chǎn)品提供了理想的機(jī)會(huì)。

3D打印衛(wèi)星應(yīng)用© 3D科學(xué)谷白皮書

3D 打印-增材制造可實(shí)現(xiàn)高效的設(shè)計(jì)流程，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)去無(wú)法想象的設(shè)計(jì)解決方案。通過(guò) 702SP 衛(wèi)星開發(fā)計(jì)劃，波音改變了工程模型。波音建立了一種集成設(shè)計(jì)方法，將所有機(jī)械元件整合在一個(gè)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)之下。由首席工程師負(fù)責(zé)平臺(tái)機(jī)械架構(gòu)、負(fù)載路徑、子系統(tǒng)集成、新材料開發(fā)以及負(fù)載開發(fā)、設(shè)計(jì)、應(yīng)力和制造的協(xié)同執(zhí)行。首席工程師還負(fù)責(zé)各個(gè)學(xué)科的所有預(yù)算，不僅對(duì)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，而且對(duì)平臺(tái)機(jī)械子系統(tǒng)的可制造性和測(cè)試負(fù)責(zé)。

波音的3D打印© 波音

該管理方法推動(dòng)了積極使用增材制造，使得曾經(jīng)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)加工方式生產(chǎn)的設(shè)計(jì)現(xiàn)在通過(guò)3D打印成為可能。

3D打印-增材制造在波音公司的第一個(gè)重要應(yīng)用是 SES-15 航天器。波音確定了幾個(gè)機(jī)會(huì)領(lǐng)域，包括最低點(diǎn)表面安裝光學(xué)平臺(tái)的新設(shè)計(jì)。這種架構(gòu)需要一種系統(tǒng)方法，該方法不僅解決了增材制造問(wèn)題，而且還解決了增材制造組件在集成裝配中發(fā)揮作用的方式。另外，在復(fù)合材料的3D打印過(guò)程中，僅僅增材制造并沒(méi)有提供顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是，增材制造與新的復(fù)合材料和粘合劑材料一起應(yīng)用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種輕質(zhì)、低成本和熱穩(wěn)定高的解決方案。

總之，波音在針對(duì)3D打印的設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、材料、制造和負(fù)載方面積累了豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以便為下一代創(chuàng)新產(chǎn)品的生命周期開發(fā)具有成本效益的解決方案。

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