航天是高端制造技术的集中体现。就测量检测来说,无论是对于组件的测绘,还是零部件的检测,不允许有任何的错误,对测量检测的要求可以用苛刻来形容。而在加工制造方面,减重和安全是两个终极目标,要求不断优化组件设计和材料性能,做到轻量化、一体化。
航空航天领域检测零件外形以往多使用接触法,如三坐标测量机、特殊的量具等,使用贴靠的方法检测零件的曲面形状。这种方法效率不高,受人为因素影响较大,容易出错,存在一定的缺陷。三维扫描或三维光学测量技术则可以做到无损检测、复杂型面全尺寸测量检测、加工余量智能化检测等,高效便捷。
3D打印在航空航天方面的应用已经趋于成熟,并且占比越来越大,成为3D打印应用的主要市场。美国宇航局NASA在外太空探索计划中,大量采用了3D打印技术,从火箭部件到飞船及外星球探测器,甚至是众人关心的宇航员吃什么,NASA都用到了3D打印技术来实现。中国的“神十”飞船,我国第一艘航母“辽宁号”的舰载机型“歼-15”,美国的F-35战斗机,部分零件就是3D打印技术制造而成的。
有了高精度的三维测量检测技术和高端的3D打印技术,飞机将会越来越轻,也越来越安全。
3D打印技术在航天、航空、国防领域的应用主要在以下两个方面:
(1)利用3D打印打样测试:从飞机或航天器的设计阶段就开始使用3D打印进行零部件的打样与测试,使所有设计问题尽量都在设计环节发现并加以解决,甚至优化提升。利用3D打印出来的功能测试性能的模型和样件,可以模拟出产品的最终形态(功能形态、曲面形态等),从而验证产品结构是否合理,运动配合是否顺畅等等;一些无人机设计,我们甚至可以制作1:1的模型,将其放进风洞,进行直观的空气动力检测。
(2)利用3D打印技术直接打印出飞机组件:利用3D打印技术的一体化成型优势,可以改变飞机部件的结构或者减少部件,如减少接榫件;利用3D打印技术可以成型复杂结构的特点以及优质复合材料的特性,我们可以打印出具有内部微桁架结构的飞机部件,既可以减重还能降低故障率,并保持优良的结构件性能。
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