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3D打印技术，又称增材制造技术，是一种将信息技术、先进材料技术和数字制造技术进行深度融合的智能制造模式。与传统的去除材料成形的思路不同，这是一种逐层增加材料的成形技术。它改变了传统制造工艺局限性带给零件设计的约束，实现了设计自由化，具有全数字化、无模成形、复杂零件净近成形、大型构件快速成形等特点。如今，在航空领域，无论是飞机制造商还是发动机制造商都将 3D打印作为重点攻关的关键技术领域。
立志成为国际一流飞机制造商的中国商飞公司，在这项新技术的研发上自然也不甘人后。2017年7月，中国商飞增材制造技术应用研究中心正式成立。该中心将致力于增材制造技术的探索与研究，为民机产业的未来发展提供技术支持。
3D打印与C919
作为全民网红的国产大型客机C919，它的机翼有一个非常酷的名字——超临界机翼，是主制造商中国商飞公司在飞机设计阶段从海量设计方案中甄选出来的。该机翼中长达3米的中央翼缘条采用的是3D打印技术生产的钛合金结构件。这是我国民机制造领域第一次采用3D打印技术生产如此大尺寸的结构件。西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任黄卫东教授表示，尽管采用激光立体成形制造的生产成本与国外锻压制造成本相差不多，但3D打印技术的融入直接解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题，具有划时代意义。同时，这一技术的应用也标志着我国在大型民用客机研制方面形成了具有自主知识产权的特色新技术。
目前，已经比较成熟的3D打印技术通常分为4类，分别是光固化技术、叠层实体制造技术、熔融沉积造型技术和激光烧结技术。早在2010年，中国商飞公司就启动了C919大型客机金属3D打印技术预研工作，经过详细论证后，最终决定采用激光铺粉选区熔覆技术。这种技术尺寸精度高，可加工任意形状的零件，材料的显微结构、力学性能相对稳定，单层铺粉30微米，控制精度高，熔覆均匀，是当前国际上主流的3D打印技术。
考虑到这项技术在国内民机制造领域还未有使用的先例，项目团队决定首先在舱门等非主承力结构上先行使用。此外，另一个原因则是，飞机舱门看似简单，但舱门内部的钛合金功能件结构复杂，采用传统生产方法成品率低，生产成本较高。
方案确定之后，接下来最关键的就是建立一套适用于3D打印的技术标准，并在之后的生产中严格参照执行。举例来说，航空材料最重要的是要遵循生产的一致性，即每一个生产出来的零部件必须具有一样的性能指标，只有这样，才能保证材料的可靠性，确保飞机的质量和安全。过去传统制造工艺中采用的锻造技术已有几十年应用历史，材料在生产过程中会产生哪些变化，成型后的技术指标如何，制造商早已了然于心。但3D打印技术不同，作为一种新技术，在生产过程中材料会发生哪些变化需要通过一系列试验进行验证。
为此，中国商飞公司与西北工業大学、北京航空航天大学等高校合作开展前期试验验证工作。首先，利用金属3D打印LENS技术（激光送粉快速成形技术）生产了大型结构零件中央翼缘条和风挡窗框试验件，分别用于翼身组合体地面试验件和机头工程样机。这样的合作不仅为日后C919首架机中3D打印技术的应用积累了经验，更重要的是在这个过程中摸索出自己的技术标准。如今，中国商飞公司已经建立了一整套关于3D打印的材料鉴定标准和应用体系，并且在首架C919上使用的3D打印技术已经获得中国民用航空局的认可。据了解，包括舱门、中央翼缘条在内，C919大型客机共有23个采用3D打印技术生产的零部件。
例如，C919大型客机发动机风扇进气入口、前机身和中后机身的登机门、服务门及前后货舱门上所使用的3D打印零件是由一家名为飞而康快速制造科技有限责任公司生产的。通过C919项目，公司基于SLM的3D打印技术，对风扇进气入口构件的钛合金薄壁结构开展技术攻关，先后攻克钛合金大型薄壁件常见的应力开裂和型面变形等问题。如今，公司又开始研究未来如何将大尺寸3D打印工艺应用于C919关键部件研制。可见，通过C919项目，不仅主制造商的生产设计能力得到提升，还带动了国内相关企业制造能力的提升。
未来无限可能
在2015年交付的新一代宽体客机A350上采用了部分3D打印部件之后，空客计划将3D打印技术的应用提升到一个新高度。公司计划在2018年为飞机机翼装上3D打印的扰流罩。不久前，空客刚刚宣布申请一项新专利，即应用3D打印技术打印一架飞机。尽管3D打印飞机从试验室到停机坪还有很长一段路要走，但这项新技术已经在不知不觉中对飞机制造业产生了深远影响。
以空客为例，目前集团正致力于研究采用3D打印技术来制造成本更低、质量更轻的飞机零部件。此外，3D打印技术在飞机装配线上也起着重要作用，可以实现飞机装配过程中所需零件的及时制造，避免许多其他的额外工作，实现更高的生产效率。在飞机装配过程中，有时缺失一个零件都会导致装配过程受到很大干扰。3D打印技术可以用于制造短缺零件和长期处于小批量的非标零件。目前，空客公司正在建造一个3D打印车间，该车间可以在24小时之内生产出所需的定制零件。
除了飞机制造商之外，以GE、罗罗为代表的发动机制造商和以霍尼韦尔为代表的系统供应商也在着力探索3D打印技术。GE公司董事长杰夫？伊梅尔特曾经说过，3D打印技术将是公司向数字化工业公司转型的关键。
在今年6月的巴黎航展上，GE公司宣布正在制造全球最大的激光粉末3D打印设备。该设备专为航空工业领域定制，可打印出直径 为1米的航空部件，适用于制造喷气发动机的结构件和单通道飞机部件。GE公司计划在2018年左右交付首台设备。 事实上，从2010年至今，GE公司在3D打印制造技术上的投入已经超过15亿美元。2016年，GE又收购了两家3D打印公司——德国SLM公司和瑞典Arcam公司，将其应用于发动机零部件的生产。
GE公司如此重视3D打印技术与近几年来发动机交付量的不断提升有关。过去3年，GE发动机储备订单（包括合资公司）增长了48%，达到1540亿美元。2016年公司交付了2800台发动机，未来随着窄体客机交付速度的不断提升，传统的制造手段已经难以满足需求。采用3D打印技术能够加快零部件的生产速度，缩短产品交付周期。GE预计，到2020年采用3D打印技术生产的航空发动机燃料喷嘴的数量将达到40000个。
除了GE公司之外，普惠也计划采用3D打印技术生产发动机的压缩机静子组件，这将是业界首次采用3D打印技术生产这一部件。根据有关资料，采用3D打印技术生产PW1500G发动机试验部件将比用传统工艺制造该部件缩短15个月的工时，同时重量也将减轻50%。
另一家发动机巨头罗罗公司则与英国制造技术中心、谢菲尔德大学和ARCAM公司合作，利用3D打印技术生产遄达XWB-97发动机的钛合金前轴承，该组件直径达1.5m，是有史以来最大的民用航空发动机单个组件，其中的48个叶片组件也采用3D打印技术生产。
业内另一家重要的系统供应商霍尼韦尔公司也针对3D打印技术规划了发展蓝图：到2020年，40%的部件将采用增材制造的理念设计，也就是说，40%的部件将可以采用3D打印技术进行生产。目前，霍尼韦尔在美国凤凰城总部和上海共成立了4个3D打印技术试验室。2015年，霍尼韦尔首次采用电子束熔炼技术打印出HTF7000发动机的管腔。HTF7000发动机广泛应用于一系列中远程公务机，包括在国内较为常见的达索猎鹰、庞巴迪挑战者、湾流等机型。这使得霍尼韦尔成为业内第一家采用电子束熔炼技术、以718镍基超合金生产零部件的企业。据了解，这项技术可以帮助制造商降低50%左右的制造成本。而制造成本的降低是因为简化了设计程序——在新技术的帮助下，原来的8个部件被简化成1个，交付周期也从几个月缩短至几周。
尽管3D打印技術令人“脑洞大开”，但目前3D打印技术的经济性还不足以和传统铸造技术匹敌，大多数公司3D打印的部件是按照铸造或加工的目的进行设计的，使用增材制造的理念设计部件还不普及。此外，航空器的组装过程较为复杂，3D打印技术还不足以替代传统的组装程序，3D打印技术生产的零部件尺寸受限。因此，3D打印技术未来在航空领域的应用还有很大的潜力有待挖掘。
立志成为国际一流飞机制造商的中国商飞公司，在这项新技术的研发上自然也不甘人后。2017年7月，中国商飞增材制造技术应用研究中心正式成立。该中心将致力于增材制造技术的探索与研究，为民机产业的未来发展提供技术支持。
3D打印与C919
作为全民网红的国产大型客机C919，它的机翼有一个非常酷的名字——超临界机翼，是主制造商中国商飞公司在飞机设计阶段从海量设计方案中甄选出来的。该机翼中长达3米的中央翼缘条采用的是3D打印技术生产的钛合金结构件。这是我国民机制造领域第一次采用3D打印技术生产如此大尺寸的结构件。西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任黄卫东教授表示，尽管采用激光立体成形制造的生产成本与国外锻压制造成本相差不多，但3D打印技术的融入直接解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题，具有划时代意义。同时，这一技术的应用也标志着我国在大型民用客机研制方面形成了具有自主知识产权的特色新技术。
目前，已经比较成熟的3D打印技术通常分为4类，分别是光固化技术、叠层实体制造技术、熔融沉积造型技术和激光烧结技术。早在2010年，中国商飞公司就启动了C919大型客机金属3D打印技术预研工作，经过详细论证后，最终决定采用激光铺粉选区熔覆技术。这种技术尺寸精度高，可加工任意形状的零件，材料的显微结构、力学性能相对稳定，单层铺粉30微米，控制精度高，熔覆均匀，是当前国际上主流的3D打印技术。
考虑到这项技术在国内民机制造领域还未有使用的先例，项目团队决定首先在舱门等非主承力结构上先行使用。此外，另一个原因则是，飞机舱门看似简单，但舱门内部的钛合金功能件结构复杂，采用传统生产方法成品率低，生产成本较高。
方案确定之后，接下来最关键的就是建立一套适用于3D打印的技术标准，并在之后的生产中严格参照执行。举例来说，航空材料最重要的是要遵循生产的一致性，即每一个生产出来的零部件必须具有一样的性能指标，只有这样，才能保证材料的可靠性，确保飞机的质量和安全。过去传统制造工艺中采用的锻造技术已有几十年应用历史，材料在生产过程中会产生哪些变化，成型后的技术指标如何，制造商早已了然于心。但3D打印技术不同，作为一种新技术，在生产过程中材料会发生哪些变化需要通过一系列试验进行验证。
为此，中国商飞公司与西北工業大学、北京航空航天大学等高校合作开展前期试验验证工作。首先，利用金属3D打印LENS技术（激光送粉快速成形技术）生产了大型结构零件中央翼缘条和风挡窗框试验件，分别用于翼身组合体地面试验件和机头工程样机。这样的合作不仅为日后C919首架机中3D打印技术的应用积累了经验，更重要的是在这个过程中摸索出自己的技术标准。如今，中国商飞公司已经建立了一整套关于3D打印的材料鉴定标准和应用体系，并且在首架C919上使用的3D打印技术已经获得中国民用航空局的认可。据了解，包括舱门、中央翼缘条在内，C919大型客机共有23个采用3D打印技术生产的零部件。
例如，C919大型客机发动机风扇进气入口、前机身和中后机身的登机门、服务门及前后货舱门上所使用的3D打印零件是由一家名为飞而康快速制造科技有限责任公司生产的。通过C919项目，公司基于SLM的3D打印技术，对风扇进气入口构件的钛合金薄壁结构开展技术攻关，先后攻克钛合金大型薄壁件常见的应力开裂和型面变形等问题。如今，公司又开始研究未来如何将大尺寸3D打印工艺应用于C919关键部件研制。可见，通过C919项目，不仅主制造商的生产设计能力得到提升，还带动了国内相关企业制造能力的提升。
未来无限可能
在2015年交付的新一代宽体客机A350上采用了部分3D打印部件之后，空客计划将3D打印技术的应用提升到一个新高度。公司计划在2018年为飞机机翼装上3D打印的扰流罩。不久前，空客刚刚宣布申请一项新专利，即应用3D打印技术打印一架飞机。尽管3D打印飞机从试验室到停机坪还有很长一段路要走，但这项新技术已经在不知不觉中对飞机制造业产生了深远影响。
以空客为例，目前集团正致力于研究采用3D打印技术来制造成本更低、质量更轻的飞机零部件。此外，3D打印技术在飞机装配线上也起着重要作用，可以实现飞机装配过程中所需零件的及时制造，避免许多其他的额外工作，实现更高的生产效率。在飞机装配过程中，有时缺失一个零件都会导致装配过程受到很大干扰。3D打印技术可以用于制造短缺零件和长期处于小批量的非标零件。目前，空客公司正在建造一个3D打印车间，该车间可以在24小时之内生产出所需的定制零件。
除了飞机制造商之外，以GE、罗罗为代表的发动机制造商和以霍尼韦尔为代表的系统供应商也在着力探索3D打印技术。GE公司董事长杰夫？伊梅尔特曾经说过，3D打印技术将是公司向数字化工业公司转型的关键。
在今年6月的巴黎航展上，GE公司宣布正在制造全球最大的激光粉末3D打印设备。该设备专为航空工业领域定制，可打印出直径 为1米的航空部件，适用于制造喷气发动机的结构件和单通道飞机部件。GE公司计划在2018年左右交付首台设备。 事实上，从2010年至今，GE公司在3D打印制造技术上的投入已经超过15亿美元。2016年，GE又收购了两家3D打印公司——德国SLM公司和瑞典Arcam公司，将其应用于发动机零部件的生产。
GE公司如此重视3D打印技术与近几年来发动机交付量的不断提升有关。过去3年，GE发动机储备订单（包括合资公司）增长了48%，达到1540亿美元。2016年公司交付了2800台发动机，未来随着窄体客机交付速度的不断提升，传统的制造手段已经难以满足需求。采用3D打印技术能够加快零部件的生产速度，缩短产品交付周期。GE预计，到2020年采用3D打印技术生产的航空发动机燃料喷嘴的数量将达到40000个。
除了GE公司之外，普惠也计划采用3D打印技术生产发动机的压缩机静子组件，这将是业界首次采用3D打印技术生产这一部件。根据有关资料，采用3D打印技术生产PW1500G发动机试验部件将比用传统工艺制造该部件缩短15个月的工时，同时重量也将减轻50%。
另一家发动机巨头罗罗公司则与英国制造技术中心、谢菲尔德大学和ARCAM公司合作，利用3D打印技术生产遄达XWB-97发动机的钛合金前轴承，该组件直径达1.5m，是有史以来最大的民用航空发动机单个组件，其中的48个叶片组件也采用3D打印技术生产。
业内另一家重要的系统供应商霍尼韦尔公司也针对3D打印技术规划了发展蓝图：到2020年，40%的部件将采用增材制造的理念设计，也就是说，40%的部件将可以采用3D打印技术进行生产。目前，霍尼韦尔在美国凤凰城总部和上海共成立了4个3D打印技术试验室。2015年，霍尼韦尔首次采用电子束熔炼技术打印出HTF7000发动机的管腔。HTF7000发动机广泛应用于一系列中远程公务机，包括在国内较为常见的达索猎鹰、庞巴迪挑战者、湾流等机型。这使得霍尼韦尔成为业内第一家采用电子束熔炼技术、以718镍基超合金生产零部件的企业。据了解，这项技术可以帮助制造商降低50%左右的制造成本。而制造成本的降低是因为简化了设计程序——在新技术的帮助下，原来的8个部件被简化成1个，交付周期也从几个月缩短至几周。
尽管3D打印技術令人“脑洞大开”，但目前3D打印技术的经济性还不足以和传统铸造技术匹敌，大多数公司3D打印的部件是按照铸造或加工的目的进行设计的，使用增材制造的理念设计部件还不普及。此外，航空器的组装过程较为复杂，3D打印技术还不足以替代传统的组装程序，3D打印技术生产的零部件尺寸受限。因此，3D打印技术未来在航空领域的应用还有很大的潜力有待挖掘。