近日，搭載神舟十三號載人飛船的長征二號F遙十三運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，3名航天員開啟了6個月的太空之旅。

從2003年，中國第一艘載人飛船神舟五號發(fā)射成功，到如今神州十三號飛天，18年過去，我們在無垠太空創(chuàng)造了多個屬于中國人的第一次。

無數(shù)第一次的背后凝聚了數(shù)十萬中國航天人夜以繼日的付出，也代表了中國航天工業(yè)的崛起。

近年來，3D打印技術(shù)日益成熟，其在航空航天領(lǐng)域也開始逐漸普及，可滿足航天產(chǎn)品“輕量化、高性能、快速研制”的設(shè)計(jì)與制造需求，被認(rèn)為是航天領(lǐng)域未來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)變革方向之一。那么，3D打印技術(shù)到底能夠給航天領(lǐng)域帶來些什么不一樣的東西？我國又有哪些突破性技術(shù)？

3D打印技術(shù)與航空航天

目前，3D打印技術(shù)已成為提高航天器設(shè)計(jì)和制造能力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。國內(nèi)外眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)利用3D打印技術(shù)，打印出了飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星的零部件，還打印出了發(fā)動機(jī)、無人機(jī)整機(jī)，在成本、周期、質(zhì)量等方面取得了顯著效益，充分顯示了3D打印技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

例如，“天問一號”火星探測器就曾安裝運(yùn)用了一批3D打印訂制的零部件，包括相當(dāng)一部分的金屬材料3D打印零件(如鈦合金等)，具有高強(qiáng)度耐高溫耐輻射等各種高性能特征。可以滿足在火星惡劣環(huán)境中正常工作運(yùn)行的要求。

圖片來源：中國國家航天局

去年5月發(fā)射的長征五號B載人飛船試驗(yàn)船上搭載了一臺“3D打印機(jī)”。這是我國首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。

近日，中國航天科工集團(tuán)二院第二總體設(shè)計(jì)部（簡稱二部）發(fā)布消息稱實(shí)現(xiàn)了某型飛行器產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印集成制造，并指出這是3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域飛行器研制中的重要里程碑，進(jìn)一步提升了飛行器輕量化水平，為未來新一代飛行器發(fā)展提供了有力支撐。

圖片來源：中國航天科工集團(tuán)二院二部

據(jù)專家介紹，航天飛行器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件多，生產(chǎn)周期長、成本高。此前，一套復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的部件常常由數(shù)十個零件組成，每個零件都要建立三維模型并設(shè)計(jì)“個性化”的工藝流程，隨后在數(shù)字機(jī)床上逐一進(jìn)行生產(chǎn)加工，生產(chǎn)周期往往按月計(jì)算。同時(shí)，由于“車銑刨磨”等傳統(tǒng)機(jī)加工藝的限制，要讓飛行器“瘦身減肥”很困難，直接影響飛行器的性能提升。有時(shí)候，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師為了減少幾克的重量也是煞費(fèi)苦心。

如今，通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向增材制造的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，可使復(fù)雜部件的零件數(shù)大幅減少。通過一體化三維建模后導(dǎo)入3D打印機(jī)中直接成型，一臺打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)多個零件的同時(shí)打印，制造時(shí)間從幾個月縮短到十余天。同時(shí)，隨著零件數(shù)量的減少，部件裝配環(huán)節(jié)也更簡化，結(jié)構(gòu)可靠性和裝配效率大幅提升。

列入國家限制出口目錄的3D打印

眼下，中國制造業(yè)部分領(lǐng)域面臨“大而不強(qiáng)”的局面。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國中低端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大，但部分高端數(shù)控機(jī)床仍需要進(jìn)口。在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，也存在相似的問題：高性能復(fù)雜構(gòu)件加工難度大、成本高，部分核心技術(shù)尚掌握在西方少數(shù)國家手中。

在很長一段時(shí)間里，由于美國等西方國家的技術(shù)封鎖，中國工業(yè)發(fā)展遇到了很多困難，高精度加工技術(shù)也一直是我國工業(yè)制造當(dāng)中的弱項(xiàng)，因此無法自主制造出很多關(guān)鍵產(chǎn)品。

不過，在眾多科研工作人員的不斷努力下，我國已經(jīng)扭轉(zhuǎn)了這一不利局面，成功研發(fā)出了全球第一臺一體化3D打印數(shù)控機(jī)床。可以獨(dú)立完成鍛造、鑄造、銑削、車削和3D打印等步驟，不僅節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間和流動成本，而且還大幅度降低了材料成本。

這臺3D打印數(shù)控機(jī)床在先進(jìn)技術(shù)的支撐下，能夠?qū)崿F(xiàn)對高精密零件的加工和制造，獲得了廣泛關(guān)注。研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人曾表示：“在獲得國際同行的關(guān)注后，有美國的航空發(fā)動機(jī)制造商曾三顧茅廬來我這，想出高價(jià)購買鑄鍛銑一體化設(shè)備。考慮到這是關(guān)系國家與民族切身利益的事兒，我直接拒絕了。”

“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)所特有的組織通體細(xì)晶和基體高強(qiáng)韌等優(yōu)勢，可為未來超高速、長壽命地面交通裝備制造提供全新方案，是關(guān)系到基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)安全與國家戰(zhàn)略安全。因此，去年，商務(wù)部、科技部調(diào)整發(fā)布《中國禁止出口限制出口技術(shù)目錄》。鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)被列入限制出口目錄。

如今中國在3D打印制造領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)力高居全球第一，早在幾年前就已經(jīng)研發(fā)出了高精度的打印車床，可以直接制造高精度的金屬零件，但是打印制造出的零部件表面精度很差，必須進(jìn)行額外處理才可以使用。如果是制造一些特殊零部件，比如內(nèi)部有空腔的零部件，在打印完成后空腔就會被封閉，傳統(tǒng)加工技術(shù)無法對其進(jìn)行加工。

而中國研發(fā)的這款機(jī)床就可以解決這些問題，它可以在3D打印制造零部件的同時(shí)對它進(jìn)行加工。如果是制造內(nèi)部擁有封閉空腔的零部件，這款機(jī)床可以直接動用銑刀等設(shè)備，在打印結(jié)束空腔封閉之前，就對它的內(nèi)表面進(jìn)行加工，這樣就可以得到內(nèi)部和外部加工精度都非常高的零件。

相信“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”的推出與落地應(yīng)用，也將為航空航天加速發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

也有部分人認(rèn)為：“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”并不是3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)創(chuàng)新，屬于3D打印技術(shù)的后期改良，并不能稱之為是中國人原創(chuàng)的。但小編認(rèn)為，“原創(chuàng)”二字不能這樣簡單的理解，從商務(wù)部、科技部將其調(diào)整為限制出口，就足以可見該技術(shù)的成功性與唯一性。

每一點(diǎn)點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)步，都凝聚了無數(shù)科研人的努力與奮斗，為科技研發(fā)點(diǎn)贊。未來，我們也期待更多這樣的“原創(chuàng)技術(shù)”，讓中國制造能夠突破更多核心難題。

內(nèi)容參考：瘋狂機(jī)械控、中國航天科工