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《知識》淺談3D列印應用於航太領域現況

所謂的3D列印,就像疊蛋糕一樣,透過列印機將金屬粉末一層一層疊上去,再以雷射熔融,直接往上印出成品,也被稱為是「加法」製程,跟過去傳統工具機是以「減法」的方式,把金屬切削成設定形狀成為客戶要求的產品不同。

以往飛機一些不能焊接,需要用鉚釘固定的部份,能夠直接透過3D列印出來,讓零組件一體成形強化結構,飛機重量也得以減輕。未來3D列印材質也會不斷突破,出現更多高強度金屬列印的應用。

3D列印把加工程序化簡為繁,將少量多樣的產品直接印出來,能省下開模的時間。例如航太引擎大廠GE引擎上使用的引擎噴射器,需要經過超過十套以上的模具製造,但3D列印只需一次工序,省下大量成本與時間。各界看好3D列印能逐步跨入附加價值高的航太領域。

美國波音公司與美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)締造了一項3D列印最大物品世界紀錄,未來將應用於製造下一代波音777X客機的機翼。傳統技術生產機翼需要30天的時間,而使用3D列印則可縮短到30小時。

除了縮短製造時間,波音也希望可以透過3D列印技術降低飛機製造成本。例如波音787客機,由於該機型採用金屬鈦纖維機身和機翼,所以它比一般飛機需要更多的鈦合金。3D列印鈦合金部件會為每架787飛機的製造成本至於可節省200到至300萬美元。

歐洲空中巴士對於3D列印技術當然也不會缺席,早在A350XWB客機零件上,就使用超過1000件以上的3D列印零件,成為使用最多3D列印零件的客機。這是一個顯著的進步,因為新的輕型材料能在符合航空安全標準的情況下,獲得使用及生產,同時生產時間、成本都大幅降低。德國舉行的柏林航展中,空中巴士還展示一架全3D列印的小型飛機,而且還能飛行。空中巴士公司表示,這是一項實驗,日後可能會以這種方式製造飛機。

飛機最重要的核心「引擎」,未來也可望透過3D列印製造出來。澳洲研究人員製造出全球首部3D列印的飛機引擎,這項突破有助未來縮短製造時程,生產出更便宜、更輕和省油的飛機。突破性的研究發表後,吸引波音與空中巴士集團等大型飛機製造商關注。



3D列印也可以應用在太空領域,美國太空總署NASA對外公布一段影片,展示太空人首次嘗試在太空站使用3D印表機。NASA更表示,如果未來推行順利,太空人在宇宙探索時甚至可透過3D列印自給自足。NASA表示,如果3D列印推行成功,未來太空人在長遠的太空探索時,就可以自己列印、並修復部分零件,也不必再等待從地球提供的補給品,外太空探索可以更容易,也有機會探索更遠的星球。

此外,NASA太空員也嘗試測試在無重力的外太空環境下,會不會影響3D列印。第一個在外太空列印的零件將在2015年傳回地球,讓研究人員實驗地球和外太空製造的差別,NASA 3D列印計畫負責人Niki Werkheiser表示,太空員可能會隨重力測試的結果,調整3D印表機,讓印製產品的表面完整度可以更好。


參考資料:
NASA首次在外太空使用3D列印成功!
Stratasys增材製造解決方案獲Airbus採用 
史上規模最大 空巴A350客機使用上千3D列印零件
台灣製造 飛機零件用列印的
航空界起革命 全球首架3d打印飛機亮相
下一代波音客機的機翼將用 3D 列印,你敢坐嗎?
波音787搞鈦合金3D打印 每架慳300萬美元
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