把飞机“打印”出来(2)
短板与局限
3D打印作为一种神奇的技术，具有得天独厚的优势。与此同时，也有许多缺点限制了它在航空领域中的广泛使用。
首先是技术门槛很高。
3D打印特别是金属材料的3D打印，近年来在技术上取得了突破。但其技术准入门槛依然很高。欧美发达国家企业在这项研究中耗时多年，仍只能做一些小零件，制作稍大些的零件时极易出现产品缺陷。打印中，关于保护气氛(金属打印要在惰性气体，譬如氮气环境下实施，这样可以防止打印过程中发生氧化)、温度控制、材料成分颗粒度和纯净程度、打印速度、激光功率及光斑尺寸调整等指标都有严格规定，相关参数的调节，非经培训的专业人员根本无法完成。以北京航空航天大学王华明教授组的3D打印设备为例，该机器的激光器在国内不能生产，必须从美国进口。一旦使用3D打印技术生产军用物品，很可能被掌握专利技术的发达国家“卡脖子”。
二是产品打印制造成本很高。
仍以王华明教授的3D打印设备为例，该机器的成本现在为2000万元/套，一年可加工8吨产品。根据工业生产的特点，产品批量制造后，机器成本有可能降到每套500万元甚至是200万元。目前打印出来的产品价格为1万元/千克，其中材料费不足1000元/千克。毛利率为90%多。但通过类比，我们发现：目前汽车发动机的制造成本为80～100元/千克，汽车的成本为50～100元/千克，普通工业(金属)制成品的价格与之类似或更低。这一价格只有3D打印价格的1/100。因此，用3D打印替代传统工艺进行大批量生产，并不现实;也许只有为追求性能而不惜成本的军用航空产品才可以考虑这么做。
三是3D打印产品的质量问题。
和传统加工方式相比，3D打印材料性的强度、刚度、机械加工性等仍不够成熟。由于采用层层叠加的增材制造工艺，各层之间的黏结即使再紧密，通常也无法和传统工艺零件相媲美。这意味着在一定外力条件下，打印出来的部件更容易失效。近日，华中科技大学材料学院史玉升教授在接受采访时表示，部分3D打印金属产品强度性能上可接近同类锻造产品的水平。但是，要真正作为飞机的主要结构受力构件，3D打印技术生产出的产品仍不足以令人放心。
此外，由于3D打印是一层一层“堆积”的，虽然每层都很薄，但在微观尺度下，打印物体的表面仍会留下一级级细小的“台阶”，形成所谓的“台阶效应”。“台阶效应”会造成产品精度上的偏差，导致产品表面工艺不够精细，甚至需要进行二次加工。不幸的是，对于采用3D打印技术生产出的细长体或薄壁体金属构件来说，二次加工往往又是极其困难的事情。
另外，3D打印过程中，打印头下方的局部材料温度很高，而周围的材料温度较低。“冷热”不均会使得打印体内部产生复杂应力，进而使打印体发生变形。这种现象对于通过3D技术打印出的大型构件来说尤为显著。
总之，只有以上问题一一得到解决，3D打印技术才能在航空制造领域得到全面推广。
【责任编辑】赵 菲, 百拇医药(沈海军)
3D打印作为一种神奇的技术，具有得天独厚的优势。与此同时，也有许多缺点限制了它在航空领域中的广泛使用。
首先是技术门槛很高。
3D打印特别是金属材料的3D打印，近年来在技术上取得了突破。但其技术准入门槛依然很高。欧美发达国家企业在这项研究中耗时多年，仍只能做一些小零件，制作稍大些的零件时极易出现产品缺陷。打印中，关于保护气氛(金属打印要在惰性气体，譬如氮气环境下实施，这样可以防止打印过程中发生氧化)、温度控制、材料成分颗粒度和纯净程度、打印速度、激光功率及光斑尺寸调整等指标都有严格规定，相关参数的调节，非经培训的专业人员根本无法完成。以北京航空航天大学王华明教授组的3D打印设备为例，该机器的激光器在国内不能生产，必须从美国进口。一旦使用3D打印技术生产军用物品，很可能被掌握专利技术的发达国家“卡脖子”。
二是产品打印制造成本很高。
仍以王华明教授的3D打印设备为例，该机器的成本现在为2000万元/套，一年可加工8吨产品。根据工业生产的特点，产品批量制造后，机器成本有可能降到每套500万元甚至是200万元。目前打印出来的产品价格为1万元/千克，其中材料费不足1000元/千克。毛利率为90%多。但通过类比，我们发现：目前汽车发动机的制造成本为80～100元/千克，汽车的成本为50～100元/千克，普通工业(金属)制成品的价格与之类似或更低。这一价格只有3D打印价格的1/100。因此，用3D打印替代传统工艺进行大批量生产，并不现实;也许只有为追求性能而不惜成本的军用航空产品才可以考虑这么做。
三是3D打印产品的质量问题。
和传统加工方式相比，3D打印材料性的强度、刚度、机械加工性等仍不够成熟。由于采用层层叠加的增材制造工艺，各层之间的黏结即使再紧密，通常也无法和传统工艺零件相媲美。这意味着在一定外力条件下，打印出来的部件更容易失效。近日，华中科技大学材料学院史玉升教授在接受采访时表示，部分3D打印金属产品强度性能上可接近同类锻造产品的水平。但是，要真正作为飞机的主要结构受力构件，3D打印技术生产出的产品仍不足以令人放心。
此外，由于3D打印是一层一层“堆积”的，虽然每层都很薄，但在微观尺度下，打印物体的表面仍会留下一级级细小的“台阶”，形成所谓的“台阶效应”。“台阶效应”会造成产品精度上的偏差，导致产品表面工艺不够精细，甚至需要进行二次加工。不幸的是，对于采用3D打印技术生产出的细长体或薄壁体金属构件来说，二次加工往往又是极其困难的事情。
另外，3D打印过程中，打印头下方的局部材料温度很高，而周围的材料温度较低。“冷热”不均会使得打印体内部产生复杂应力，进而使打印体发生变形。这种现象对于通过3D技术打印出的大型构件来说尤为显著。
总之，只有以上问题一一得到解决，3D打印技术才能在航空制造领域得到全面推广。
【责任编辑】赵 菲, 百拇医药(沈海军)