- 中國擴大金屬 3D 打印於軍用飛機開發中的應用。
- 研究院已開發出長 16.4 英尺的一體化結構組件。
- 3D 打印技術減少了對專用工具的需求，提升設計自由度。
- 工程師需解決製造缺陷以確保結構適合飛機應用。
中國正在擴大金屬 3D 打印在軍用飛機開發中的應用，負責 J-35 戰鬥機系列的研究院工程師報告稱，在生產大型一體化機身結構和多功能組件方面取得了進展。這項工作重點在於減輕結構重量、簡化製造過程，並將多種功能結合到單個飛機組件中。該研究在中國航空工業集團公司（AVIC）沈陽飛機設計研究院的航空科學與技術關鍵實驗室進行。根據 AVIC 的說法，該實驗室已開發出一個長 16.4 英尺的一體化結構組件，旨在承載和轉移飛機中央機身內的負載。
該研究院還開發了一種 3D 打印環形熱交換器，安裝在飛機進氣口內部。此組件將熱傳遞、空氣抽取、結構支撐和維護功能整合在一個組件中。
一體化結構的優勢
3D 打印使得大型一體化飛機結構的生產成為可能。傳統飛機製造往往將結構設計與生產分開，傳統工藝依賴於模具、加工和多個組件的組裝。這些限制可能會增加開發時間、重量和製造複雜性，特別是在工程師需要生產具有複雜幾何形狀的結構時。金屬增材製造技術逐層構建組件，減少了對專用工具的需求，使工程師能夠創造出傳統方法難以或高昂的形狀。根據 AVIC 的說法，沈陽實驗室已生產出一個長度超過 16.4 英尺的一體化結構組件，該結構設置在中央機身中，旨在承受和轉移飛機的負載。
以一體化結構生產大型組件可以減少組裝過程中所需的單獨零件和連接操作，並使設計師在優化材料分佈和結構幾何形狀方面擁有更多自由度。
該實驗室在增材製造能力方面已投入超過二十年，並聲稱在飛機開發項目中應用了六種 3D 打印工藝、十三種金屬材料和十九類打印結構組件。另一項發展涉及安裝在飛機進氣口內部的多功能環形熱交換器。該組件不僅用作熱傳遞設備，還集成了熱交換、空氣抽取、承重和維護功能。設計使用複雜的內部流道來增加可用的熱傳遞表面積，同時減輕組件的重量。AVIC 表示，工程師在設計過程之初就將製造要求納入考慮，使他們能夠開發出傳統方法難以生產的內部幾何形狀。
面對的挑戰與解決方案
然而，打印該組件僅是挑戰的一部分。將實驗室原型轉變為適合飛機應用的結構需要工程師解決製造缺陷並驗證最終組件，中國媒體指出。大規模金屬打印在構建過程中可能會產生熱應力，從而導致變形或開裂。為瞭解決這些問題，研究團隊開發了一種將分段打印與增材熔接相結合的工藝，允許單獨打印的部分整合成較大的結構。沈陽飛機設計研究院是中國主要的軍用飛機開發機構之一。根據中國報導，該機構參與了超過四十種主要航空設備型號的開發，涵蓋五個系列，包括 J-8、J-11、J-15 和 J-35，以及無人飛機。
該實驗室的報告工作是將增材製造納入飛機結構開發的一部分，從實驗設計轉向工程應用。
項目 規格 一體化結構組件長度 16.4 英尺 應用的 3D 打印工藝 六種 使用的金屬材料類型 十三種 打印結構組件類別 十九類
金屬 3D 打印對軍用飛機的影響
金屬 3D 打印技術的應用正在改變軍用飛機的設計與製造方式。透過一體化結構的生產，工程師能夠減少組裝過程中的零件數量，並優化材料的使用，從而提升飛機的性能與效率。然而，這項技術也帶來了新的挑戰，特別是在製造過程中的熱應力問題。解決這些挑戰對於確保飛機結構的可靠性至關重要，並將影響未來軍用航空器的發展方向。