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3D打印导弹,很牛但很难
来源:中国航天报飞天科普周刊     日期:2014年02月28日    字体:【】【】【

美国3D打印的镍铬火箭发动机喷嘴高温点火试验

核心提示:

美国宇航局用3D打印机打印出了镍铬火箭发动机喷嘴,这可是个好消息,而且这个喷嘴的高温点火试验还获得了成功。对导弹迷来说,这将意味着3D打印飞航导弹部件成为可能。

3D打印生产的部件可一次整体成形,这将大幅度提高部件的强度和刚度,将会为未来高马赫数飞航导弹的一体化、耐高温、高性能复杂结构件的设计、制造和生产提供了可能。

很明显,3D打印出来的导弹会很牛,可是要想打印出合格的导弹,依然有很多难点需突破。

牛在哪儿?

导弹一次成型,强度、刚度高在制造业发展过程中,很多工程师发现:小尺寸金属结构件的直接制造工艺较简单,但大尺寸金属结构件制造较困难。

这主要有两个原因,一是大尺寸构件受内应力影响难于成型,即使成型也会由于大的内应力影响导致材料强度下降;二是金属材料冷却结晶过程难以精确控制,一旦出现晶体粗大等将造成材料成型后的力学性能不佳。

由于飞航导弹的很多部件都是大尺寸构件,因此,有人说3D打印飞航导弹将是未来的重点发展方向之一。

此外,与焊接、法兰连接、铆接等工艺制造的部件相比,3D打印生产的部件一次整体成形,大幅度提高了部件的强度和刚度,甚至制造的金属结构件会替代一些非金属耐高温部件。

故有人推测,随着3D打印技术的逐步成熟,它会被应用于未来飞航导弹的各种新型结构的设计、制造和生产,特别是未来高马赫数飞航导弹的一体化、耐高温、高性能复杂结构件的设计、制造和生产。

难在哪儿?

一难:“打印”标准不统一

美国宇航局3D打印的火箭发动机喷嘴高温试验的成功,标志着3D打印的金属结构部件在装备制造领域应用获得重大突破,为3D打印技术在该领域的应用提供了可能。

但是,由于3D打印技术涉及实体制造、电子束熔融、激光近净成型、金属直接激光烧结等多种技术和系统,每种技术和系统的技术标准都不同,甚至不同的制造商生产的3D打印设备标准都不一,这是3D打印技术在装备制造领域中应用推广的障碍。

可以想象,不同厂家用不同打印机打印出来的部件是组装不起来合格的导弹。因此,3D打印飞航导弹迫切需要对该技术进行标准化。

二难:“校检”手段需提高

打印出来的部件能直接应用吗?

我看未必,起码得检测一下,就连打印一份文件还得校检看看有没有错别字,何况导弹乎?

然而,传统的检测手段效率低下、效果不甚理想。据了解,目前对采用3D打印技术生产的金属部件缺乏有效的无损检测手段,因此想知道通过3D手段打印出来的导弹是否合格,检测技术是关键。

不过,国外已经意识到3D打印技术检测手段标准化的重要性和迫切性。GE航空集团和西格玛实验室已联合开发新检测技术,可在3D打印过程中同时进行检测。除此之外,2013年美国商务部国家标准与技术研究院(NIST)也在资助3D打印测量水平和技术标准的研究。

三难:“喷墨”材料待优化

打印好的图片需要好的喷墨,打印好的导弹也需要好的“喷墨”。3D打印导弹的“喷墨”是什么?是特种粉。

目前,欧美已经比较成熟地实现了小尺寸不锈钢、高温合金等金属部件的激光直接成形。未来将重点发展应用于武器装备的高温合金、钛合金等大尺寸金属结构件的制造,所用的特种粉体主要是钛及钛合金粉末、镍基或钴基高温合金粉末等。但是,当前市场上大多数金属粉体含氧量高、球形度差、成分均匀性差以及粒度分布不佳,这在一定程度上限制了大尺寸、高性能金属结构件3D打印技术的发展。因此,特种粉体是未来3D打印导弹武器高性能结构件的关键。(郭朝邦)

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