在科技日新月異的時代，3D 打印技術(shù)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(shù)，到如今廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，尤其是在航空航天領(lǐng)域，其應(yīng)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(shù)的發(fā)展狀況

3D 打印技術(shù)，又被稱為增材制造技術(shù)，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(shè)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(shù)至今仍被廣泛應(yīng)用。1988 年，基于 SLA 技術(shù)的第一臺商用 3D 打印機問世，標志著 3D 打印技術(shù)開始走向商業(yè)化應(yīng)用。此后，3D 打印技術(shù)不斷演進，涌現(xiàn)出多種不同的打印技術(shù)和材料。

近年來，3D 打印技術(shù)發(fā)展迅猛，市場規(guī)模持續(xù)擴張。全球增材制造產(chǎn)值(產(chǎn)品和服務(wù))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(shù)的不斷創(chuàng)新、成本的逐漸降低以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展。在技術(shù)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(shù)從最初只能打印簡單的金屬結(jié)構(gòu)，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(lǐng)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(chǎn)業(yè)鏈來看，3D 打印已形成了完整且清晰的體系。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括原材料供應(yīng)商以及核心軟硬件研發(fā)企業(yè)。材料作為決定 3D 打印產(chǎn)品質(zhì)量、性能與價格的關(guān)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(guān)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(chǎn)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(nèi)已有不少企業(yè)積極布局 3D 打印粉材研發(fā)生產(chǎn)，如鉑力特、中航邁特等，在金屬材料領(lǐng)域取得了一定進展，有望突破國外的技術(shù)封鎖。中游則是以工業(yè)級 3D 打印設(shè)備及服務(wù)為主流。各類 3D 打印設(shè)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(shè)備發(fā)展。同時，與之配套的打印服務(wù)也日益完善，包括模型設(shè)計、打印加工、后處理等一站式服務(wù)，為下游應(yīng)用企業(yè)提供了便利。下游應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域成為 3D 打印技術(shù)應(yīng)用深化的典型代表。

3D 打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化

航空航天領(lǐng)域?qū)α悴考男阅?、質(zhì)量和輕量化要求極高，而 3D 打印技術(shù)恰好能夠滿足這些需求，因此在該領(lǐng)域得到了廣泛且深入的應(yīng)用。

在零部件制造方面，3D 打印技術(shù)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(chǎn)一些具有復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)可以直接根據(jù)設(shè)計模型，通過層層堆積材料的方式，精確制造出具有復雜內(nèi)部冷卻通道、輕量化結(jié)構(gòu)的發(fā)動機零部件。例如，GE 航空集團利用 3D 打印技術(shù)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(shù)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(jù)統(tǒng)計，通過 3D 打印技術(shù)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(lǐng)域同樣受益于 3D 打印技術(shù)。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(shù)能夠根據(jù)衛(wèi)星的具體需求，定制化生產(chǎn)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(shù)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(shè)備的光學鏡片支架等構(gòu)件。這些構(gòu)件采用傳統(tǒng)加工技術(shù)不僅造價昂貴、廢品率高，甚至難以加工生產(chǎn)，而 3D 打印技術(shù)則輕松解決了這些難題。

在航空航天領(lǐng)域的維修保障方面，3D 打印技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。在飛行器執(zhí)行任務(wù)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(shù)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(yīng)的打印材料，在現(xiàn)場就可以根據(jù)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(wù)的無人機，一旦某個零部件損壞，通過 3D 打印技術(shù)可以迅速打印出替換部件，使其能夠繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，避免了因等待零部件運輸而造成的任務(wù)中斷。

隨著 3D 打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化，未來其發(fā)展前景更加廣闊。一方面，技術(shù)的不斷創(chuàng)新將進一步提升 3D 打印零部件的性能和質(zhì)量，使其能夠滿足航空航天領(lǐng)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(zhì)量，實現(xiàn)更大尺寸零部件的打印等。另一方面，隨著應(yīng)用經(jīng)驗的積累和產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，3D 打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的成本將逐漸降低，從而推動其更廣泛的應(yīng)用?？梢灶A見，在未來的航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，3D 打印技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)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(shù)支撐。