在科技日新月異的時代，3D 打印技術猶如一顆璀璨的新星，迅速崛起并深刻改變著多個行業(yè)的格局。從其誕生之初的小眾技術，到如今廣泛應用于眾多領域，3D 打印技術正以驚人的速度發(fā)展，尤其是在航空航天領域，其應用持續(xù)深化，為該行業(yè)帶來了前所未有的變革。

3D 打印技術的發(fā)展狀況

3D 打印技術，又被稱為增材制造技術，其起源可以追溯到 20 世紀 80 年代。1981 年，日本發(fā)明家兒玉秀雄為 “快速成型設備” 申請了第一項專利，盡管該概念起初遭遇挫折，但為后續(xù)創(chuàng)新埋下了種子。1984 年，查爾斯?霍爾申請了光固化成型系統(tǒng)(SLA)的專利，這一技術至今仍被廣泛應用。1988 年，基于 SLA 技術的第一臺商用 3D 打印機問世，標志著 3D 打印技術開始走向商業(yè)化應用。此后，3D 打印技術不斷演進，涌現(xiàn)出多種不同的打印技術和材料。

近年來，3D 打印技術發(fā)展迅猛，市場規(guī)模持續(xù)擴張。全球增材制造產值(產品和服務)從 2015 年的 51.65 億美元增長到 2023 年的約 200 億美元，2015 - 2023 年期間的年復合增長率(CAGR)約為 18.46%。這一增長趨勢得益于技術的不斷創(chuàng)新、成本的逐漸降低以及應用領域的不斷拓展。在技術創(chuàng)新方面，新型打印材料不斷涌現(xiàn)，打印精度和速度大幅提升。例如，金屬 3D 打印技術從最初只能打印簡單的金屬結構，發(fā)展到如今能夠打印出復雜且高性能的金屬零部件，像航空航天領域常用的鈦合金、鎳基高溫合金等材料都能通過 3D 打印精確成型。

從產業(yè)鏈來看，3D 打印已形成了完整且清晰的體系。產業(yè)鏈上游主要包括原材料供應商以及核心軟硬件研發(fā)企業(yè)。材料作為決定 3D 打印產品質量、性能與價格的關鍵因素，涵蓋了金屬粉末、塑料、陶瓷等多種類型。然而，目前部分關鍵材料，如高精度金屬粉末、一些特殊性能的聚合物材料等，仍高度依賴進口，這不僅導致采購成本居高不下，還使中游廠商的生產能力和盈利水平受到進口限制與價格波動的影響。不過，國內已有不少企業(yè)積極布局 3D 打印粉材研發(fā)生產，如鉑力特、中航邁特等，在金屬材料領域取得了一定進展，有望突破國外的技術封鎖。中游則是以工業(yè)級 3D 打印設備及服務為主流。各類 3D 打印設備不斷更新?lián)Q代，從傳統(tǒng)的桌面級打印機逐漸向大型、高精度、多功能的工業(yè)級設備發(fā)展。同時，與之配套的打印服務也日益完善，包括模型設計、打印加工、后處理等一站式服務，為下游應用企業(yè)提供了便利。下游應用領域極為廣泛，涵蓋了航空航天、醫(yī)療保健、汽車、建筑等多個行業(yè)，其中航空航天領域成為 3D 打印技術應用深化的典型代表。

3D 打印技術在航空航天領域的應用持續(xù)深化

航空航天領域對零部件的性能、質量和輕量化要求極高，而 3D 打印技術恰好能夠滿足這些需求，因此在該領域得到了廣泛且深入的應用。

在零部件制造方面，3D 打印技術展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。航空發(fā)動機作為飛機的核心部件，其制造工藝復雜且要求嚴苛。傳統(tǒng)制造方法在生產一些具有復雜內部結構的發(fā)動機零部件時，往往面臨諸多困難，如成本高、加工周期長、材料浪費嚴重等。而 3D 打印技術可以直接根據設計模型，通過層層堆積材料的方式，精確制造出具有復雜內部冷卻通道、輕量化結構的發(fā)動機零部件。例如，GE 航空集團利用 3D 打印技術制造的燃油噴嘴，將原本由多個零件組裝而成的部件整合為一個整體，不僅減少了零件數量，降低了重量，還提高了燃油噴射的效率和發(fā)動機的性能。據統(tǒng)計，通過 3D 打印技術制造的燃油噴嘴，重量減輕了約 25%，耐用性提高了 5 倍。

衛(wèi)星制造領域同樣受益于 3D 打印技術。衛(wèi)星上的許多零部件需要具備輕量化、高強度的特點，以降低發(fā)射成本并提高衛(wèi)星的性能。3D 打印技術能夠根據衛(wèi)星的具體需求，定制化生產各種復雜形狀的零部件，如衛(wèi)星的支架、天線等。這些通過 3D 打印制造的零部件，在滿足強度要求的同時，有效減輕了衛(wèi)星的重量。以我國的實踐為例，中國航天科技集團公司上海航天技術研究院成功研制的航天 3D 打印機，采用雙激光器(長波光纖激光器和短波二氧化碳激光器)，可打印不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金等材料，已成功打印出衛(wèi)星星載設備的光學鏡片支架等構件。這些構件采用傳統(tǒng)加工技術不僅造價昂貴、廢品率高，甚至難以加工生產，而 3D 打印技術則輕松解決了這些難題。

在航空航天領域的維修保障方面，3D 打印技術也發(fā)揮著重要作用。在飛行器執(zhí)行任務過程中，零部件損壞是難以避免的問題。傳統(tǒng)的維修方式需要提前儲備大量的備用零部件，這不僅占用大量資金和倉儲空間，而且在一些緊急情況下，可能因缺乏合適的零部件而導致維修延誤。3D 打印技術的出現(xiàn)改變了這一局面?，F(xiàn)在，只需攜帶一臺 3D 打印機和相應的打印材料，在現(xiàn)場就可以根據損壞零部件的三維模型，快速打印出所需的替代品，大大縮短了維修時間，提高了飛行器的可用性。例如，在偏遠地區(qū)執(zhí)行任務的無人機，一旦某個零部件損壞，通過 3D 打印技術可以迅速打印出替換部件，使其能夠繼續(xù)執(zhí)行任務，避免了因等待零部件運輸而造成的任務中斷。

隨著 3D 打印技術在航空航天領域的應用持續(xù)深化，未來其發(fā)展前景更加廣闊。一方面，技術的不斷創(chuàng)新將進一步提升 3D 打印零部件的性能和質量，使其能夠滿足航空航天領域日益嚴苛的要求。例如，開發(fā)更高性能的打印材料，提高打印精度和表面質量，實現(xiàn)更大尺寸零部件的打印等。另一方面，隨著應用經驗的積累和產業(yè)鏈的不斷完善，3D 打印技術在航空航天領域的成本將逐漸降低，從而推動其更廣泛的應用?？梢灶A見，在未來的航空航天產業(yè)發(fā)展中，3D 打印技術將繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用，助力該行業(yè)邁向更高的發(fā)展階段，為人類探索宇宙和實現(xiàn)更高效的航空運輸提供強大的技術支撐。