3、前景分析

3D打印技术能够自动、快速、直接、精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型，从研制阶段打印模型到外场服务甚至战时打印备件，其技术优势能够广泛应用于航空发动机的全寿命过程中。

3.1 设计研制阶段

航空发动机本身就是“试出来的”产品，在设计阶段，产品技术状态尚未固化，存在大量技术状态更改，各种零部件样件需频繁生产，传统上每一轮改进都需要对模具进行修改，不仅增加制造成本，且生产周期较长，严重拖延了设计进程，加之我国航空发动机设计和生产分离，信息传递存在滞后甚至存在设计和生产脱节等问题。3D打印技术将设计、制造甚至维护过程融为一体，即实现了“设计即生产”的美好愿景，极大地缩小了装备从“研制”到“定型“的时间差，且由于3D打印是从点到线，从线到面，从面到体的加法过程，没有空间和时间的边界限制，设计变量更多，组合更复杂，然而这些参数及其后果都是可重复可追溯的，因此可有效利用大数据和云端积累并深度学习，再通过云端管理对全球所有增材制造设备在线监控，决策，控制，最终使航空发动机的研制更加科学，加快了装备的更新周期。

3.2 生产制造阶段

一是提升强度、减轻重量，提高发动机整体性能。

推重比是航空发动机的重要参数指标，减重一直是航空发动机制造的重要目标。目前航空发动机整机通过螺栓或其他接口将零部件或单元体连接，如若采用3D打印一体成型既减少了材料增加了强度，又减少零部件数量从而减轻了发动机的重量，以PW1500G 发动机为例，其采用3D打印技术生产的试验部件比传统工艺制造的该部件重量减轻50%。发动机整体重量的减轻，能够产生更高的加速度，有效增加续航里程，扩大作战半径且降低了飞行成本。

二是降低成本、缩短周期，提升发动机生产效率。

航空发动机中使用的钛合金、镍基高温合金等金属材料价格昂贵，某些材料甚至是稀缺的战略材料。采用传统的加工制造方法，材料使用率较低，一般不大于10%。以某型发动机整体叶片为例，传统制造工艺类似于“雕刻”，材料利用率仅为7%，即意味着93%的原材料被浪费，制造成本高，且加工时间长。而采用3D打印技术直接打印的整体叶盘，材料利用率提高到80%以上，同时制造时间也仅有传统制造的1/20，能够大幅的缩短发动机的生产周期，提高发动机的交付效率。详见表1所示：

表1 航空盘形零件采用3D打印技术与传统制造方式的对比

三是减少环节、降低要求，提升发动机产品质量

航空发动机每台零部件上以千计，组装过程需要上百道工序，且生产和安装对工人生产技能要求较高，如若装配不合理极易引起零部件存在应力产生断裂、间隙过大引起发动机漏气致使性能不合格或由于连接不稳固导致发动机产生振动故障。在某型号发动机故障统计中，由于装配原因导致的故障约占10%，装配工人水平的高低能够直接影响到发动机的整机质量的好坏。采用3D打印的零部件一体成型，降低了工人的技能要求，减少了部分装配环节，避免了人工差错所带来的影响，且结构之间的稳固性和连接强度要高于焊接等传统方法，对发动机产品质量有较大提升。

3.3 维修服务阶段

军用航空发动机由于战训任务重、使用条件极端等原因，在使用工作中损伤模式复杂，零备件需求量大，在外场使用过程中虽有专业的跟飞保障团队进行维护，但每年仍有部分发动机需返厂进行维修，严重影响了我军的战斗力。3D打印为再制造提供了个性化、高效率的实现手段，是欧美发达国家首选的航空发动机零部件再制造技术。

一是按需打印，提升部队发动机完好率

在发动机使用维护过程中，到寿件、易损件、必换件等零部件需求量大，各型号零部件技术状态也会不同，外场部队又不可能存放大量存放，便会出现发动机停飞待件的情况。3D打印技术的存在便可很好的解决这一难题，无需库房存储，只需要电脑中存在电子模型数据包，便可按需打印零部件。特别是战时状态，战场上如果需要更换损毁部件，采用3D打印设备直接在战场把所需要的部件制造出来，装配后重新投入战场，避免装备某个零部件出现故障却无法维修的窘境，从而使遭到毁伤的武器装备得到再生。

二是及时贯改，不断提升发动机性能

我国的航空发动机目前还处于逐渐走向成熟的阶段，使用过程中故障偶有发生。由于外场单位分散，距离承制单位较远，致使返厂周期较长，同时为了保持部队战斗力，一些排故措施和技术改进不得不结合发动机到寿返厂后一并贯彻，影响了发动机的可靠性。如若外场采用3D打印技术，只需要更新数据包便可以第一时间打印出新结构、新材料的零部件进行更换，大大减少了产品长途运输时间，避免了贯改滞后，加快了装备的更新周期，提升了发动机的可靠性。

4、总结

3D打印技术目前虽然在精度还是机械性能上与传统制造工艺还有差距，但其所带来的全新设计理念正是中国发展航空发动机的重大机遇。在这一机遇面前，我们应快速推进3D打印设计和制造的理念、方法、手段、工具和相应的规范准则，共同努力，打造出更轻、更高效、更安全、更环保、更可靠航空发动机，助力我军早日实现强军梦。

作者：李中生，巩孟祥，张成龙