小序

增材制造是以数字模子为基础，，，，，，将质料逐层群集制造出实体物品的新兴制造手艺，，，，，，体现了信息网络手艺与先进质料手艺、数字制造手艺的深度团结，，，，，，深刻影响着古板工艺流程、生产线、工厂模式和工业链组合，，，，，，是高端制造业的主要组成部分，，，，，，已成为天下各国起劲结构的未来工业生长新增添点。。。。。近年来，，，，，，我国高度重视增材制造工业生长，，，，，，将其作为“中国制造2025”战略的生长重点。。。。。增材制造工业正从起步阶段向高速生长阶段迈进，，，，，，研究增材制造工业的生长现状、趋势及保存的问题，，，，，，掌握工业生长偏向，，，，，，对推动增材制造工业康健有序生长意义重大[1] 。。。。。

随着民用飞机的大型化生长，，，，，，结构越来越重大，，，，，，遭受的载荷也越来越大，，，，，，同时对经济性和环保性的要求也一直提高。。。。。在包管清静性的条件下，，，，，，怎样减轻结构重量一直是飞机设计职员要害的研究目的。。。。。增材制造手艺能够实现重大细密零件的近净成形，，，，，，与优化设计手艺相团结，，，，，，为民用航空工业实现结构轻量化、快速设计验证、小批量零部件快速制造，，，，，，以及快速客户响应等要害手艺应用带来了一种全新思绪，，，，，，是一种具有革命性意义的新兴手艺。。。。。面向未来，，，，，，开展增材制造手艺应用研究，，，，，，对推进增材制造件在民航现有型号批量装机应用，，，，，，实现降本增效，，，，，，支持未来民用飞机设计厘革，，，，，，都具有主要的现实意义。。。。。

1、 增材制造手艺现代 生长历程

随着质料、工艺和装备的日趋成熟，，，，，，高端制造业应用需求逐渐加大，，，，，，新型增材制造的工艺、质料被一直提出，，，，，，主流手艺有激光选区烧结、熔融沉积制造、叠层实体制造、激光选区熔化、电子束选区熔化等。。。。。2003到2015年，，，，，，激光选区熔化、电子束选区熔化、激光近净成形等手艺与装备相继泛起，，，，，，其适用的原质料及团结机制件如表1所示。。。。。增材制造的应用规模进入产品快速制造阶段，，，，，，在航空航天等高端制造领域获得了规模；；；；；；τ。。。。。增材制造在民用航空领域的应用集中在钛合金、铝合金、超高强度钢、高温合金及非金属等质料的零部件制造。。。。。接纳的工艺主要为粉末床熔融（PBF）、定向能量沉积（DED）、质料挤出（FDM）。。。。。

海内关于增材制造手艺的研究始于1991年，，，，，，在国家科技部等部委指导支持下，，，，，，西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京隆源公司等，，，，，，在成形装备、制造工艺等方面研究和工程化应用取得了突破性效果。。。。。随着手艺一直生长和推广，，，，，，海内越来越多的高校和科研机构开展相关研究，，，，，，西北工业大学、北京航空航天大学、北京理工大学、南京航空航天大学、上海联泰科技公司等单位在增材制造装备及配套软件研发、质料研究和工业化生长都做出许多探索性研究和应用事情，，，，，，取得重大希望。。。。。

进入21世纪，，，，，，海内基本实现了工业装备工业化，，，，，，缩小甚至某些水平上逾越了外洋产品水平，，，，，，填补了增材制造领域众多偏向的手艺空缺，，，，，，不但彻底挣脱了早期依赖外洋入口的时势，，，，，，现今国产增材制造装备已经脱销全球四十多个国家和地区。。。。。然而，，，，，，我国增材制造装备要害器件（如激光器振镜系统）、高性能成形质料（如超高温镍基合金粉材）、成形历程的智能化控制、增材制造全流程的仿真模拟及产品应用规模等方面依旧落伍于外洋先进水平，，，，，，在高性能终端零部件的直接制造和“形性控制”方面仍有很是大的提升空间[2] 。。。。。由于部分装备的焦点元器件对外洋入口的依赖，，，，，，导致成形历程的质量在线监控和缺陷智能诊断手艺也不敷成熟完善。。。。。

增材制造工艺方面，，，，，，相对外洋“基于理论基础的工艺控制”，，，，，，海内更多的是依赖履历、重复循环的试验验证，，，，，，以至于海内增材制造工艺在要害手艺上整体落伍于外洋先进水平。。。。。质料的基础研究、制备工艺和工业化等方面，，，，，，较外洋也保存相当大的差别。。。。。手艺应用方面，，，，，，外洋增材制造手艺在高端制造业领域获得了普遍应用，，，，，，特殊是在航空航天领域的应用率已抵达12%之多，，，，，，而海内相对偏低，，，，，，与规模；；；；；；せ贡４媸忠丈现疃嗥烤。。。。。上述问题也成为我国增材制造手艺在民用飞机应用和立异生长蹊径上，，，，，，亟待突破的重点和要害。。。。。

2、 增材制造手艺优势及应用现状

增材制造手艺与古板减材、等材制造工艺相比具有设计自由度高、制造周期短、质料使用率高、一体化成形等优势，，，，，，同时增材制造零件也泛起出优异的综协力学性能，，，，，，现在增材制造手艺在航空制造及维修领域已经获得了普遍的应用。。。。。

2.1 增材制造手艺应用优势

2.1.1 设计自由度高，，，，，，实现轻量化结构制造

增材制造手艺能够成形古板制造要领无法加工或难以加工的具有非通例结构特征的零件，，，，，，使得设计可以突破古板制造的限制和约束，，，，，，获得更大的自由度[3] 。。。。。设计师可以从功效需求的角度出发设计零件，，，，，，接纳仿生结构设计、胞元结构设计以及拓扑优化结构设计等立异设计要领对零件举行优化[4] ，，，，，，使零件的应力泛起出更合理化的漫衍，，，，，，通过增材制造工艺实现重大轻量化结构制造。。。。。航空零件轻量化能够镌汰航行器燃料消耗，，，，，，提升续航能力和无邪性，，，，，，提高经济效益和环保效益。。。。。

2.1.2 制造周期短，，，，，，质料使用率高

增材制造手艺可以直接实现从零件数字模子到重大结构件的近净成形，，，，，，无需铸锭冶金、锻坯制备和铸造模具制造，，，，，，可缩短航空零件制造流程和周期，，，，，，与古板减材制造相比加工量大大镌汰，，，，，，提高了质料使用率。。。。。

2.1.3 非平衡凝固组织，，，，，，可实现优异综协力学性能

增材制造以金属粉末或丝材为质料，，，，，，通过高能热源原位冶金熔化和快速凝固逐层群集，，，，，，可以获得晶粒细小、因素匀称、组织致密的快速凝固非平衡组织，，，，，，具有优异的综协力学性能[5] ，，，，，，与航空零件高性能要求相匹配。。。。。

2.1.4 结构功效一体化成形，，，，，，提高可靠性

基于航空高性能、高可靠性要求，，，，，，越来越多的零件接纳整体结构。。。。。设计师可以重新设计零件，，，，，，充分验展增材制造优势实现结构功效一体化成形[6] ，，，，，，同时镌汰紧固件装置、装配及焊接等工序，，，，，，提高可靠性、缩短生产周期。。。。。

2.1.5 实现零件快速研制，，，，，，加速设计迭代

新研机型在初始设计阶段需要举行多轮优化迭代，，，，，，接纳古板铸造与机械加工的制造方法，，，，，，制造周期长且需要破费高昂的模具用度。。。。。增材制造手艺无需投产工装模具，，，，，，能够实现零件的快速响应制造，，，，，，可以知足航空零件快速研制的需求，，，，，，加速设计迭代历程[7] 。。。。。

2.1.6 维修维护及航材支援

航空高附加值零件在加工时可能因铣刀掉刀等缘故原由造成加工缺陷，，，，，，在服役历程中也会受到磨损和侵蚀等损伤。。。。。随着航空零件一直向大型化整体化生长，，，，，，如零件在加工和服役历程中受到损伤导致零件报废，，，，，，替换受损零件将投入大宗本钱。。。。。

接纳增材制造手艺团结逆向建模浚？？？梢远允芩鹆慵举行修复，，，，，，快速恢复其尺寸与性能；；；；；；；增材制造手艺也可以快速生产航材备件，，，，，，不但可以镌汰运输周转时间快速恢复运行，，，，，，还能够有用降低备件的存量，，，，，，从而节约仓储本钱[8-9] 。。。。。

2.2 航空增材制造手艺应用实践

增材制造手艺因具有制造周期短、质料使用率高、可成形重大轻量化一体化结构等优势，，，，，，在海内外航空航天领域获得了迅速生长。。。。。增材制造手艺在军用飞机领域已获得多个型号的装机应用。。。。。2000年，，，，，，美国AeroMet公司接纳激光定向能量沉积手艺制造的钛合金零件在F-22和F/A-l8E/F飞机上获得应用。。。。。2001年以来，，，，，，美国Sciaky公司团结Lockheed Martin和Boeing公司开展了大型航空钛合金零件的电子束熔丝沉积（ Electron Beam Freeform Fabrication ，，，，，，EBF3 ）研究。。。。。2013年，，，，，，美国Sciaky公司接纳EBF 3手艺以及与锻件团结的组合制造手艺为LockheedMartin公司制造了垂尾、襟翼副梁等零件，，，，，，如图1所示，，，，，，本钱降低30%以上，，，，，，F-35飞机装配Sciaky生产的EBF3 钛合金零件并试飞乐成。。。。。北京航空航天大学王华明团队突破了飞机钛合金大型主承力构件激光熔化沉积增材制造的要害工艺手艺，，，，，，如图2所示，，，，，，实现了大型重大飞机钛合金增强框及超高强度钢升降架等主承力要害构件的装机应用[10] 。。。。。中航工业北京航空制造工程研究所对EBF 3 手艺举行了深入研究，，，，，，并于2012年将接纳EBF3 手艺制造的钛合金结构件实现装机应用，，，，，，如图3所示[11] 。。。。。

图1 Sciaky制造EBF 3 钛合金零件

图2 北京航空航天大学增材制造大型要害主承力构件

图3 北京航空制造工程研究所制造典范结构钛合金零件

由于民用飞机适航审定的严酷要求，，，，，，增材制造在民机领域上应用相较于军机领域面临更大的挑战。。。。。现在，，，，，，增材制造手艺在民机领域主要应用在发念头和机体结构中。。。。。

2015年，，，，，，GE公司接纳激光选区熔化手艺制造高压压气机T25温度传感器外壳并通过适航审定，，，，，，成为首个通过FAA认证的增材制造发念头零件[12] ，，，，，，应用于GE90-40B发念头。。。。。2016年，，，，，，GE公司生产了航空发念头燃油喷嘴并通过FAA认证，，，，，，应用于Leap X航空发念头，，，，，，将原来20余个零件一体化成形，，，，，，使发念头喷油嘴的设计制造理念生长厘革，，，，，，极大缩短零件生产周期，，，，，，生产本钱降低了50%，，，，，，同时耐用性提高5倍。。。。。GE公司制造了发念头电动开门系统（PDOS）支架，，，，，，与古板减材制造要领相比，，，，，，质料使用率提高90%，，，，，，零件减重10%，，，，，，该零件于2018年通过FAA认证，，，，，，应用在GEnx-2B发念头[13] 。。。。。

图4 GE公司增材制造零件a)T25温度传感器；；；；；；；b)燃油喷嘴；；；；；；；c)PDOS支架

2013年，，，，，，空客与Stratasys相助开发了聚合物增材制造零件，，，，，，在每架A350 XWB中使用凌驾500件，，，，，，包括机载系统的导管、线箍、封罩等多种结构。。。。。2015年，，，，，，Airbus公司通过激光选区熔化手艺实现了用于A320客舱和厨房之距离板零件的仿生设计与制造，，，，，，如图5所示，，，，，，使用的质料是APWORKS开发的Scalmalloy新型高强铝合金质料，，，，，，零件减重45%[14-15] 。。。。。2017年，，，，，，空客A350XWB装置了激光选区熔化手艺制造的Ti6Al4V钛合金拓扑优化飞机毗连架，，，，，，如图6所示，，，，，，相比于古板加工方法减重约30%，，，，，，这是钛合金增材制造在民机型号上第一次实现装机应用。。。。。2022年，，，，，，PremiumAerotec公司通过激光选区熔化手艺为空客A320飞机制造了钛合金制动管，，，，，，与古板工艺相比零件减重50%以上。。。。。2022年，，，，，，汉莎航空手艺公司与Premium Aerotec公司相助完成用于IAE-V2500发念头防结冰系统的“A-Link”钛合金激光选区熔化增材制造零件，，，，，，并获得欧洲航空清静局(EASA)认证，，，，，，这是增材制造承重备件首次获得EASA认证，，，，，，如图7所示。。。。。“A-Link”零件在发念头的进气口罩内毗连形成环形热空气管道，，，，，，避免在航行历程中结冰，，，，，，运行历程中爆发的振动会导致组件在其装置孔处磨损，，，，，，凭证需要举行替换。。。。。

图5 空客A320飞机仿生气舱隔板

图6 空客A350 XWB钛合金毗连架

图7 “A-Link”钛合金零件

2017年，，，，，，波音通过Norsk Titanium的快速等离子定向能量沉积(Rapid Plasma Deposition，，，，，，RPD)手艺制造了钛合金结构件厨房支架获得FAA的适航认证，，，，，，应用于波音787飞机，，，，，，如图8所示。。。。。

图8 波音787飞机厨房支架零件

海内，，，，，，中国商飞公司一直推进增材制造打印手艺在民用飞机型号上的应用[16] ，，，，，，现在已起源探索出民机增材制造适航认证思绪，，，，，，并团结上海适航审定中心、飞而康等单位实现了钛合金激光选区熔化零件在民机上的装机应用[17] 。。。。。

3 3 增材制造在民机应用的挑战

3.1 质料和工艺的挑战

在质料和工艺方面，，，，，，金属增材制造仍然保存一些挑战需要解决。。。。。

3.1.1 质料的选择有限

在金属增材制造生长初期，，，，，，主要是接纳现有的铸造合金、变形合金和粉末冶金中的古板合金质料，，，，，，研究这些合金对增材制造工艺的顺应性[18-19] 。。。。。然而，，，，，，这些合金和增材制造工艺的适用性并非最佳，，，，，，因此近年来生长增材制造专用合金的研究成为增材制造金属质料生长的热门[20-21] 。。。。。

3.1.2 制造效率低

相关于古板的制造工艺，，，，，，金属增材制造的速率相对较慢，，，，，，尤其是在制造大型零件时更为凸显。。。。。这不但会影响生产效率，，，，，，也会限制金属增材制造在批量生产中的应用[22] 。。。。。

3.1.3 零件的性能不稳固

影响金属增材制造零件性能的因素主要包括以下四个方面：剩余应力；；；；；；；外貌质量；；；；；；；内部缺陷；；；；；；；微观组织。。。。。例如质料不匀称性和各向异性显着，，，，，，导致试片级质料性能无法代表零件性能;沿特定平面的亚外貌和体积缺陷;零件具有显着的外貌粗糙度;剩余应力大，，，，，，空间漫衍重大，，，，，，会导致零件变形；；；；；；；质料性能和缺陷数目的疏散性较大等。。。。。上述几点受到工艺参数的影响较大，，，，，，并会在差别标准上影响着零件性能，，，，，，如图9所示。。。。。

图9 金属增材制造质料和工艺的挑战

3.2 质量控制的挑战

增材制造在民机上应用首先应获得致密无缺陷的零部件，，，，，，包管产品质量的一致性。。。。。可是，，，，，，原质料、打印装备和工艺参数等因素不稳固，，，，，，一定水平上会导致增材制造零件产品质量和力学性能的疏散性[5] 。。。。。相比铸件、锻件，，，，，，增材制造零件往往具有形状重大、缺陷特殊、成形态外貌粗糙、材质不匀称和各向异性显着等特点，，，，，，这使得增材制造零件的质量控制面临挑战[23，，，，，，24] 。。。。。

3.2.1 增材制造缺陷形式特殊多样

由于增材制造成形历程中涉及能量源与原质料之间重大的交互作用和熔池金属冶金行为，，，，，，成形后制件中保存的冶金缺陷、翘曲变形等产品质量问题会降低零部件的使用性能[5，，，，，，23] 。。。。。差别于古板铸件、锻件的缺陷形式，，，，，，金属增材制件中保存的冶金缺陷具有全域漫衍、形态多样、尺寸跨度大和形成机制重大等特点[25] 。。。。。例如，，，，，，卷入性或析出性孔隙、熔覆层间的未熔合、夹杂物、微裂纹以及残留的金属粉末颗粒等。。。。。如图10所示，，，，，，有些与工艺相关的固有缺陷，，，，，，如激光选区熔化制件往往保存广布的细小孔隙[26] ；；；；；；；有些缺陷具有显着的取向性和层状漫衍特征，，，，，，如沿着熔覆层或熔覆道漫衍的链状孔隙或层状未熔合[27] 。。。。。

图10. 金属增材制造典范缺陷 [26-27]

3.2.2 增材制造零件无损检测面临挑战

接纳无损检测要领对增材制造零件质量特征视察、丈量和试验，，，，，，评估其是否切合划定的验收标准，，，，，，是举行质量控制的要害环节。。。。。然而，，，，，，经立异设计的增材制造零件往往结构形状较重大且一体化制造完成，，，，，，通例的渗透、射线和超声等检测要领在可达性、可检性及缺陷评定准确性上面临挑战。。。。。美国GE公司[28] 为解决重大结构增材制件的内部几何特征和缺陷可视化难题，，，，，，应用工业CT对燃油喷嘴、叶片和支架等增材制造零件及粉末原质料举行检测。。。。。Dutton等[29] 为解决重大结构增材制件缺陷检测可达性较差问题，，，，，，验证了历程赔偿

共振检测等要领举行增材制造零件整体质量检测的可行性。。。。。杨平华等[30] 研究了钛合金增材制件差别成形偏向的超声波声速、衰减及检测迅速度对缺陷评定准确性的倒运影响。。。。。周炳如等[31] 研究了15mm厚度钛合金增材制造缺陷的射线检测，，，，，，验证批注射线能检出直径0.4mm孔洞缺陷可是较难获取缺陷高度偏向尺寸，，，，，，对细小缺陷的检出和相邻缺陷的区分较难题。。。。。李文涛等[32] 剖析了线阵或矩阵超声换能器对大厚度钛合金增材制件在检测精度和最大检测深度常难以知足要求，，，，，，环阵超声全聚焦成像能更准确地表征差别深度缺陷，，，，，，可是该要领在检测薄壁构件和近外貌缺陷时仍需优化。。。。。

通常，，，，，，渗透法适用于非多孔性增材制件的外貌缺陷检测，，，，，，但要思量成形态制件外貌粗糙度影响；；；；；；；射线法和超声法适用于增材制件内部缺陷检测，，，，，，但要思量受检工件几何重大性及材质影响；；；；；；；工业CT要领适用于重大结构增材制件的内部几何丈量和缺陷检测，，，，，，但本钱较高且效率较低。。。。。别的，，，，，，增材制造零件质量检测标准缺失，，，，，，特殊是质量验收准则、质量分级磨练指标不完善[33] ，，，，，，也是掣肘增材制造在民机应用的主要挑战之一。。。。。

3.2.3 增材制造打印历程监测不可熟

接纳光学成像、热成像及声学等要领对熔池状态、缺陷爆发和质料组织转变实时监测[34] ，，，，，，有助于实时发明异常以及调控工艺参数，，，，，，提高增材制造零件成形质量。。。。。近年来，，，，，，各国学者均在一直生长打印历程在线监测手艺。。。。。Zenzinger等[35] 接纳光学层析成像在线监测增材制造成形历程，，，，，，可识别尺寸0.2mm孔隙缺陷，，，，，，能清晰显示未熔合缺陷的位置和尺寸。。。。。Everton等[36] 接纳高速光学相机和红外热像仪在线检测成形历程，，，，，，以实现对熔池状态的质料不一连性监测。。。。。白雪等[37] 研究了激光超声多冶金特征同步在线检测要领，，，，，，可实现0.5mm孔洞及裂纹缺陷可视化成像。。。。。曹龙超等[34]讨论了光、声、热和振动信号多种传感手段监测激光选区熔化成形历程，，，，，，建设监测信号-缺陷特征-工艺参数的定量关系。。。。。通常，，，，，，光学成像用于识别熔覆层成形外貌异常；；；；；；蚍勰┢陶谷毕，，，，，，但较难识别熔覆层下方的冶金缺陷；；；；；；；热成像用于监测熔池温度、形态和尺寸等，，，，，，展望和识别潜在缺陷特征；；；；；；；声学要领依赖声波的撒播并监测可能爆发的转变来展望缺陷保存。。。。。；；；；；；诩虻ゴ性谙呒嗖饨夏鸦竦么蛴±痰闹苋畔，，，，，，通过多源传感对差别目的参量的监测及信息融合能填补简单传感信息量缺乏的问题，，，，，，但现有增材制造打印历程监测手艺在可检缺陷类型、检测精度和效率、实时性等方面离现实应用仍有较大差别。。。。。

针对增材制造零件质量控制，，，，，，渗透、超声、射线及工业CT等无损检测要领可用于对成形后制件的缺陷检测与评价，，，，，，以判别并剔除缺乏格品；；；；；；；光学成像、热成像及声学等在线监测要领可用于打印历程中实时发明缺陷或异常，，，，，，以反响调控来提升零部件成形质量。。。。。团结民机结构件几何构型、质料与成形工艺特点，，，，，，先期开展增材制造成形工艺仿真，，，，，，打印历程中举行在线监测，，，，，，并与成形后零部件无损检测相互验证，，，，，，是举行增材制造零件产品质量控制的有用途径。。。。。

3.3 民机增材应用适航要求

适航性（Airworthiness）是用来形貌民用航空器“适于（在空中）航行”品质属性的专用词。。。。。民用航空器的适航性指航空器（包括其部件和子系统的整体性能和使用特征）在预期的服役使用情形中和使用限制下，，，，，，航行的清静性和物理完整性的一种品质。。。。。适航性是确保公众利利益的需要，，，，，，也是航空工业生长的需要。。。。。适航标准是包管民用航空器适航性的最低清静标准。。。。。民用飞机的设计制造必需切合相关型号所接纳的适航标准（适航审定基。。。。。┲械拿恳惶蹩畹囊。。。。。通过适航审查并获得适航政府揭晓的型号及格证，，，，，，是允许民用飞机设计用于生产的条件之一。。。。。

在海内，，，，，，大型民机的研制需切合适航标准CCAR 25部[38] 的要求，，，，，，关于增材制造这类新质料新工艺的应用，，，，，，中国民航局审定机构（以下简称“局方”）重点关注如下三个条款：

（1）“质料”—CCAR 25.603条款：已经制订了针对增材制造手艺的专用质料规范。。。。。这些规范是建设在履历和测试的基础上。。。。。质料的适用性和耐久性应已充分思量服役中预期的情形条件；；；；；；；

（2）“制造要领”—CCAR 25.605条款：所用的制造工艺凭证批准的工艺规范举行判断。。。。。通过判断测试测试程序和这些规范中界说的检查程序，，，，，，确保所有生产零部件历程控制的一致性；；；；；；；

（3）“质料设计值”—CCAR 25.613条款：质料的强度性能必需以足够的质料试验为依据（质料应切合经批准的质料规范的要求），，，，，，在试验统计的基础上制订设计值。。。。。浚？？Ｋ剂康绞菔谴硬畋鹱氨浮⒎勰┖椭柿掀蚧竦，，，，，，设计值需要凭证试验数据的统计处置惩罚得出。。。。。经批准的质料设计值可用于增材制造零部件静力、疲劳和损伤容限的评估。。。。。同时还需要与接纳古板工艺的相同质料的数据举行较量。。。。。

除上述三个基础条款，，，，，，凭证零件的应用位置和特点，，，，，，还需对零件举行响应的检测、结构/功效验证。。。。。飞机零件适航认证的要求与零件的要害（主要）水平有关，，，，，，零件的要害水平可基于零件失效效果的级别确定。。。。。零件失效效果级别分为：

（1）轻度：其失效不会显著降低飞机清静，，，，，，或影响机组职员的事情。。。。。稍微的故障情形可能包括飞机清静裕度或功效的稍微降低、机组事情量的稍微增添、通例航行妄想的改变或对旅客的一些稳固等。。。。。主要涉及内饰件；；；；；；；

（2）严重：其失效可能对清静爆发倒运影响。。。。。例如飞机清静裕度或功效显著降低，，，，，，机组职员事情量显著增添同时效率降低，，，，，，或旅客感应不适。。。。。在更严重的情形下，，，，，，会导致机组职员无法准确执行航行使命，，，，，，或对旅客造成倒运影响。。。。。主要涉及功效件和次承力结构件；；；；；；；

（3）灾难性：一旦失效就无法继续清静航行和着陆。。。。。主要为飞机主承力结构件，，，，，，包括所有易受疲劳裂纹影响的结构。。。。。

将全新的质料和工艺应用于民机，，，，，，关于适航审定而言，，，，，，必将是一个漫长而审慎的历程。。。。。增材制造手艺在民机领域应用的早期，，，，，，飞机和发念头主制造商都接纳了很是审慎的态度，，，，，，优先选摘要害水平低和设计余量较大的零部件，，，，，，例如装饰件和功效件。。。。。这样可以显著降低增材制造手艺最初应用是爆发故障、影响飞机清静性的可能性。。。。。随着增材制造手艺一直生长和成熟，，，，，，镌汰零件数目、镌汰零部件重量、节约制造周期等优势逐渐展现，，，，，，主制造商会逐步提高增材制造零件的额庞洪水平和要害性。。。。。

3.4 经济性要求的挑战

民用飞机的经济性要求是驱动增材制造手艺应用的主要缘故原由之一。。。。。航空制造领域接纳增材制造手艺，，，，，，主要是为了降低飞机零部件的研制生产本钱和提升运营效益。。。。。飞机的轻量化要求也是推动增材制造应用的驱动力之一，，，，，，这是由于机体结构的减重即是商载的增添和运营效益的增添。。。。。别的，，，，，，增材制造还可用于零部件快速修复及快速航材支援，，，，，，以延伸航空装备的使用寿命、降低备件库存本钱，，，，，，进而带来一定的经济效益。。。。。

开展增材制造零件的本钱梳理及要素剖析，，，，，，可以从装备、质料、工时、能耗、劳动力与治理本钱等方面思量。。。。。例如，，，，，，激光选区熔化金属构件总体积相比于成形室的尺寸一定水平决议了单个零件的成形时间和制造本钱。。。。。在研制阶段，，，，，，使用增材制造适用于小批量、多品种、重大零件快速制造的优势，，，，，，相比于铸造和铸造要领增材制造可降低模具的本钱，，，，，，同时为缩短制造周期和精益生产提供有用途径。。。。。在生产阶段，，，，，，基于批产条件下的典范零件，，，，，，剖析质料本钱、装备和人工本钱、后处置惩罚本钱等要素，，，，，，比照剖析接纳增材制造与古板工艺的本钱差别，，，，，，可得出响应的制造本钱核算依据。。。。。同时，，，，，，装备稳固性也是整天职析应思量的主要因素，，，，，，这是由于打印操作、工艺参数、零件摆放等缘故原由导致成形失败会造成大宗的本钱和时间铺张。。。。。现阶段，，，，，，从单个零件的增材制造成原来看，，，，，，相比于古板铸造、铸造仍有差别，，，，，，怎样从降低质料本钱、缩短生产周期、减轻结构重量及全生命周期提升运营效益等方面思量增材制造在民机应用的经济性也是主要挑战之一。。。。。

3.5 民机维修应用的挑战

航空零部件往往具有高附加值，，，，，，误加工零件和服役失效零件若是直接报废将带来重大的经济损失，，，，，，增材制造手艺可对受损零件举行外观及性能的恢复，，，，，，在民机维修领域具有辽阔的应用远景。。。。。现在，，，，，，在航空领域应用最普遍的增材制造修复手艺是激光熔化沉积修复，，，，，，已通过该手艺实现在框梁结构、讨论、升降架，，，，，，以及发念头叶片、叶盘等修复应用。。。。。北京航空质料研究院接纳激光熔化沉积修复手艺对飞机的超高强度钢升降架、不锈钢轴颈、钛合金襟翼滑轨等承力构件开展修复研究事情，，，，，，其中伊尔76飞机修复超高强度钢升降架已经获得批量应用。。。。。

增材维修历程与增材制造历程相比更为重大，，，，，，维修历程包括：对受损零件举行逆向建模、制订个性化修复计划，，，，，，使用增材手艺对受损区域举行修复，，，，，，以及加工去除余料恢复外观尺寸。。。。。增材修复还需要思量对修复零件基体的热损伤、修复区与基体界面团结、热影响区等问题。。。。。因此，，，，，，增材修复手艺应用于民机领域具有辽阔远景的同时还面临一些挑战。。。。。

3.5.1 剩余应力控制

激光增材维修历程是循环加热冷却的历程，，，，，，会造成零件基体内部剩余应力漫衍爆发转变，，，，，，从而可能影响零件的静力、疲劳、侵蚀等性能。。。。。同时，，，，，，零件也可能因剩余应力而导致变形，，，，，，难以包管维修的精度，，，，，，从而影响零件的外观尺寸。。。。。

3.5.2 修复质料集约化

由于受损零件的质料情形重大，，，，，，因此需要准备的修复质料种类重大，，，，，，由此带来一定的仓储问题或订货运输周期问题。。。。。因此，，，，，，开发可同时知足差别待修复零件的集约化新质料，，，，，，将大幅降低维修本钱，，，，，，缩短维修周期。。。。。

3.5.3 性能评价标准建设

现在，，，，，，适用于增材修复的民机应用场景越来越多，，，，，，但标准系统不完善将阻碍增材修复手艺的工程化应用。。。。。并且，，，，，，关于民机增材维修零件的性能评价一样平常需要接纳“积木式”要领，，，，，，验证周期长、本钱高，，，，，，这与增材维修周期短的优势相矛盾，，，，，，因此需要针对增材维修手艺建设响应的航空维修装备评价标准。。。。。

4、 民机增材制造手艺应用机缘

4.1 生长妄想及政策

为了抢占增材制造手艺的战略先机，，，，，，推动其工业化应用历程，，，，，，增材制造在多个国家被列为国家级重大战略，，，，，，并制订了响应的生长妄想和支持政策。。。。。

2009年以来，，，，，，美国先后制订了《重振美国制造业框架》《先进制造国家战略妄想》《增材制造在国防部的使用》等一系列国家战略，，，，，，将增材制造手艺列为美国制造业支柱手艺之一，，，，，，并在2012年建设了美国国家增材制造立异研究所。。。。。欧盟也将增材制造手艺作为未来制造业革命的主要部分[39] 。。。。。欧盟于2015年投入2.25亿欧元开展增材制造专项研究，，，，，，并宣布了增材制造标准化蹊径图。。。。。德国于2008年建设了增材制造研究中心，，，，，，在建设“工业4.0平台”时明确体现“将鼎力大举研发、立异激光增材制造等新兴先进手艺”，，，，，，并在《国家工业战略2030》中将增材制造手艺列为多个领域的焦点手艺。。。。。英国自2011年以来一连增添增材制造手艺的研发经费投入，，，，，，并在《未来高附加值制造手艺展望》中将增材制造列为提高国家竞争力和制造业定位的主要手艺之一[40] 。。。。。别的，，，，，，英国、日本、韩国、新加坡等国也制订了响应的政策起劲开展增材制造手艺研究，，，，，，并投入大宗资金推动其工业化应用历程。。。。。

为实现制造业“外道超车”，，，，，，推动增材制造工业应用，，，，，，我国自2012年以来，，，，，，相继推出了针对增材制造的支持政策。。。。。《国家中恒久科学和手艺生长妄想纲要(2006-2020)》《中国制造2025》《国家增材制造工业生长推进妄想（2015-2016年）》《增材制造工业生长行动妄想(2017-2020)》《增材制造标准领航行动妄想（2020-2022年）》等一系列政策的宣布和实验[39] ，，，，，，有力推动了增材制造在海内的快速生长。。。。。

4.2 工业规模生长

增材制造工业链一直完善，，，，，，市场规模一连扩大，，，，，，《Wohlers Report 2023》宣布的数据如图11所示[41] ，，，，，，2008-2022年全球增材制造产品和效劳总营收逐年增添，，，，，，其中2022年全球增材制造总营收增添18.3%。。。。。中国增材制造工业在国家政策支持下飞速生长，，，，，，迩来年营收增添率均高于全球水平，，，，，，其中2019-2022年中国增材制造总营收划分29%、31%、27%、21%[42] 。。。。。

图11 2008-2022年全球增材制造产品和效劳年营收 [41]

我国增材制造普遍应用于航空航天领域，，，，，，关于原质料的性能指标要求较高，，，，，，生产工艺区别于古板原质料。。。。。现在，，，，，，我国增材制造专用质料性能及生产规模已基本知足海内需求，，，，，，中航迈特、飞而康、江苏威拉里等供应商已具备生产高品质钛合金粉末、高温合金粉末、高强铝合金粉末等原质料的能力。。。。。

我国工业级增材制造装备泛起出大型化和高效率的生长趋势，，，，，，华曙高科、铂力特、易加三维等装备制造商均已推出了超大幅面米级装备，，，，，，在高功率、多激光的作用下，，，，，，可实现大尺寸零件的高效制造。。。。。

我国工业系统一直生长完善，，，，，，2022年工信部开展增材制造工业化应用树模场景征集，，，，，，旨在研发应用越发适配行业需求、越发先进适用的增材制造专用质料、装备和应用手艺解决计划，，，，，，遴选并宣布了36项增材制造典范应用场景。。。。。阻止2022年，，，，，，我国增材制造工业链相关企业已达1000余家，，，，，，其中不乏龙头企业在产能规模和市场应用方面展现出快速生长。。。。。2019年，，，，，，西安铂力特乐成在科创板上市，，，，，，成为首家上岸科创板的增材制造装备研制公司；；；；；；；作为将冷喷涂增材制造手艺工业化运用在航空器维修领域的湖北超卓航空科技股份有限公司，，，，，，于2022年在科创板上市，，，，，，并于2023年成为我国首家获批使用冷喷涂手艺的航空部附件维修单位；；；；；；；2022年，，，，，，工业级增材制造装备头部企业湖南华曙高科技股份有限公司正式在上海证券生意所科创板挂牌上市；；；；；；；2023年3月，，，，，，海内工业级光固化3D打印厂商上海联泰科技已完成IPO上市向导备案。。。。。

4.3 民机应用需求

增材制造手艺可以有用地提高设计和制造自由度，，，，，，为民用飞机结构轻量化提供了有用的途径。。。。。飞机减重对提高经济性、提升飞机整体性能、镌汰碳排放污染等意义重大，，，，，，控制好飞机重量、举行有用的减重事情是坚持民机竞争性的须要条件之一。。。。。经济性是民用飞机知足市场竞争要求和实现产品乐成商业化的主要指标，，，，，，飞机重量直接影响运营本钱，，，，，，轻量化所带来的燃油本钱降低禁止小觑。。。。。飞机重量也是权衡飞机设计先进性的主要指标之一，，，，，，减重有助于提升飞机的整体性能，，，，，，如航行速率、载重量、推重比和升力等。。。。。飞机减重与绿色航空理念相契合，，，，，，全球天气变暖以及情形污染的加剧，，，，，，使得镌汰航空碳排放迫在眉睫。。。。。国际民航组织妄想到2050年商用飞机的碳排放镌汰一半。。。。。为了实现这一目的，，，，，，一方面要使用清洁能源，，，，，，另一方面也要通过轻量化设计等要领来提高燃油效率。。。。。

5、 民机增材制造手艺生长趋势

5.1 适航认证

随着增材制造在航空领域应用优势与潜力的展现，，，，，，怎样对增材制造这一新兴制造手艺开展适航审查与认证事情早就受到了美国、欧洲等国家/地区的民用飞机适航审定机构的关注，，，，，，并已开展大宗针对适航切合性验证要领的探索性研究事情。。。。。

FAA以为，，，，，，增材制造并不是第一种对FAA认证流程提出挑战的新质料新工艺。。。。。半个世纪前，，，，，，复合质料的引入就曾带来过类似的挑战。。。。。2015年6月，，，，，，FAA宣布了AIR 100-15-130-GM39《增材制造认知》备忘录[43] ，，，，，，提出由设计、制造和适航部分（ AIR-100 ） 组 建 了 增 材 制 造 国 家 团 队（AMNT），，，，，，网络增材制造民机应用的信息，，，，，，为即将开展的增材制造认证网络手艺资源。。。。。2016年7月，，，，，，FAA宣布了AIR100-16-130-GM18《粉末床熔融增材制造零件的工程思量》备忘录[44] 。。。。。这份备忘录没有为增材制造零件提供详细指导，，，，，，而是从产品设计、原质料、成形历程、后处置惩罚、检测要领、工艺验证、质料设计值获取以及其他方面，，，，，，对零件制造者提出了必需思量的一些手艺问题。。。。。

2016年9月，，，，，，FAA宣布了AIR 100-16-110-GM26《增材制造设施和历程的评估》备忘录[45] ，，，，，，旨在资助航空清静审查员（ASI）对增材制造设施及历程举行评估，，，，，，包括职员培训、园地设施、手艺数据、原质料处置惩罚、装备、软件控制、制造历程有用性、制造历程监控、检测、冶金历程等方面，，，，，，完成对增材制造历程稳固性的评价。。。。。

2018年，，，，，，FAA宣布了咨询通告AC 33.15-4《粉末床熔融增材制造成形涡轮发念头零件及修复指南》[46] 的征求意见稿。。。。。在这份咨询通告中，，，，，，FAA首次针对增材制造零件（虽然仅限于涡轮发念头零件）的适航取证，，，，，，建议接纳类似于复合质料的积木式验证要领，，，，，，如图12所示，，，，，，通过试样级、细节件级、构件级等多层级积木式验证来包管产品清静性。。。。。

图12 AC 33.15-4推荐的增材制造零件“积木式”试验验证系统

2017年4月欧洲航空清静局（EASA）宣布了CM-S-008《增材制造认证备忘录》[47] ，，，，，，叙述了增材制造手艺的引入对民用飞机的适航审定历程的加入者和取证战略带来的影响。。。。。2022年EASA批准了第一个在飞机上使用增材制造的承力金属部件A-Link（A形毗连件），，，，，，这也意味着未来EASA等机构可能将允许增材制造手艺应用于更多的民机主要承力结构。。。。。

中国民航局（CAAC）民用航空适航审定中心于2021年宣布了审定手艺指导质料《增材制造结构审定的手艺说明（征求意见稿）》，，，，，，建议接纳类似于复合质料的积木式验证要领，，，，，，通过试样级、细节件级、构件级等多层级积木式验证来包管设计值的准确性。。。。。

2022年中CAAC下属上海适航审定中心完成对中国商飞公司国产大飞机C919舱门增材制造钛合金件的审查，，，，，，批准钛合金增材制造零件装置在C919飞机的舱门机构中。。。。。这是我国首次批准增材制造金属件在民用飞机的装机应用，，，，，，接纳了具有立异特色的“单件适航”战略，，，，，，镌汰了试验量、缩短了取证周期，，，，，，起源构建了民机静强度驱动增材制造结构适航取证系统，，，，，，解决了恒久困扰增材制造结构装机应用的适航取证要害焦点问题。。。。。

5.2 一体化设计制造

增材制造大大解放了制造工艺对飞机结构形式的约束，，，，，，为结构立异设计提供了机缘和手艺基础。。。。。对飞机结构可基于先进制造“量身定做”，，，，，，通过设计与制造高度融合结构出的全新结构形式，，，，，，其中包括大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和结构功效一体化等。。。。。；；；；；；谠霾闹圃斓牧⒁旖峁咕哂懈呒踔亍⒊な倜⒍喙πА⒌捅厩⒖焖傧煊ρ兄频认灾攀，，，，，，有望突破古板结构的设计“天花板”[48] 。。。。。接纳与GE公司Leap发念头燃油喷嘴一体成形类似的原理，，，，，，近期针对飞机结构大部件的一体化设计逐渐成为备受关注的研究偏向。。。。。飞机机体零部件的大型整体化设计，，，，，，是指针对机体结构中的主要毗连，，，，，，开展一体化设计优化，，，，，，弱化应力集中，，，，，，使非承载的加入区最小化、消除讨论毗连，，，，，，从而构建整体大部件，，，，，，实现镌汰零件数目、减轻结构重量、匀称应力漫衍等效果。。。。。

在某新型战机中，，，，，，2020年王向明团队建设了带制造属性和寿命属性的多约束协同设计要领，，，，，，并基于该要领设计了无讨论毗连的铝合金增强框—翼梁整体件，，，，，，如图13所示，，，，，，实现了零件镌汰50%、减重38%、翼根高度降低1/4、制造效率提高10倍以上[48-49] 。。。。。同时 [48] 针对整体结构裂纹扩展抑制难点，，，，，，提出了钛合金层合结构设计要领，，，，，，发明裂纹扩展“平台特征”，，，，，，发明钛合金层合梁肋长寿命结构，，，，，，通过自动调控，，，，，，可延伸裂纹扩展寿命三倍以上。。。。。

图13 某型战机机翼/机身整体大部件[48]

针对直升机中等旋翼航行器，，，，，，温学团队指出增材制造手艺可以实现结构的一体化成形，，，，，，从而大幅镌汰直升机零部件数目，，，，，，进而有用降低结构在讨论部位失效的危害，，，，，，同时也镌汰了设计职员和零件加工制造职员的事情量，，，，，，缩短直升机交付周期[50] 。。。。。在航天领域，，，，，，王婧超团队 [51] 针对去毗连件的航天运载器上面级舱体结构整体成形需求，，，，，，基于现有SLM装备完成缩比产品的一体化设计制造，，，，，，验证了基于增材制造手艺实现运载火箭典范主体结构无毗连件设计的可行性。。。。。

关于飞机结构整体优化设计，，，，，，人们期待进一步推广至整个机身结构、机翼结构甚至整机。。。。。俄罗斯的苏霍伊设计局给出了对战机整机机身结构都接纳拓扑优化构型，，，，，，如图14所示，，，，，，空客公司也提出了未来客机的看法计划，，，，，，并期待到2050年左右通过增材制造手艺打印整架飞机。。。。。

结构一体化设计是施展增材制造工艺优势的最佳设计形式，，，，，，但仍需在结构整体建模问题、多功效与多学科性能的综合优化设计问题、跨标准结构构型的性能表征和优化设计问题、增材制造工艺约束问题等方面进一步开展深入研究[52] 。。。。。

图14 战机整机拓扑优化设计看法图

图15 空客未来客舱看法图

5.3 数字化智能化

经由约二十多年研究和开发，，，，，，在众多商用合金中只有少少数能打印出无缺陷且结构合理的部件，，，，，，所有增材制造产品的市场价值在制造业经济中所占比例微乎其微。。。。。造成这一难题的缘故原由是增材制造零部件的结构和性能保存显著差别，，，，，，并且容易泛起缺陷[53-54] 。。。。。现在，，，，，，结构和性能的优化以及缺陷的镌汰是通过对差别打印手艺的工艺变量矩阵举行试验和试错测试来实现的。。。。。然而，，，，，，由于原质料和打印装备的价钱腾贵，，，，，，因此在对增材制造零件举行及格判断时，，，，，，试错法的本钱很高[55] 。。。。。

为相识决这些难题，，，，，，我们需要用一种先进的工具来取代试错法。。。。。随着智能手艺逐渐取代古板流程，，，，，，智能系统通过传感器毗连、通讯手艺、云盘算、仿真和数据驱动建模在生产集成制造中变得越来越突出[56] 。。。。。数字孪生是是以数字化方法为物理工具建设的虚拟模子，，，，，，来模拟其在现真相形中的行为，，，，，，许多行业和政府机构已乐成构建并用于差别的制造流程。。。。。例如，，，，，，通用电气公司现在拥有凌驾55万个正在运行的真实物理系统的数字孪生系统，，，，，，从喷气发念头到动力涡轮机[57] 。。。。。别的，，，，，，美国国家航空航天局（NASA）和美国空军也在研究怎样使用数字孪生来提高车辆设计的可靠性和清静性[58] 。。。。。；；；；；；谠霾闹圃斓氖致仙苫的Ｗ印⒋泻涂刂颇Ｗ印⑼臣颇Ｗ印⒋笫莺突笛白槌，，，，，，如图16所示[59] 。。。。。研究批注，，，，，，通过建设数字孪生系统，，，，，，在打印的物理天下和虚拟天下之间架起一座桥梁，，，，，，可以镌汰试验和过失测试的次数，，，，，，镌汰缺陷，，，，，，缩短设计和生产之间的时间，，，，，，并使更多金属产品的打印具有本钱效益[60-63] 。。。。。只管数字孪生驱动的增材制造仍处于起步阶段，，，，，，但它已经显示出重大的潜力，，，，，，其自主能力源于数字孪生中嵌入的人工智能，，，，，，可以改变增材行业[64] 。。。。。

图16 3D打印的数字孪生系统示意图 [59]

5.4 新质料新工艺

5.4.1 更适用于增材制造的高强合金开发

随着航空工业的一直生长，，，，，，关于航空器质料的要求也越来越高。。。。。增材制做作为一种新兴的制造手艺，，，，，，为航空领域提供了许多立异的解决计划。。。。。在增材制造质料方面，，，，，，高强度金属质料的生长成为了一个主要的趋势。。。。。

基于民机的应用特点，，，，，，航空零部件必需由高性能质料制成，，，，，，并且在运营历程中需要可靠和耐久性以确保浚？？？山邮艿那寰菜。。。。。钛合金因其优异的耐侵蚀性，，，，，，低密度和高强度等机械性能普遍用于航空航天[65] 。。。。。随着未来飞机型号生长，，，，，，需开发出强度和韧性更高的钛合金以知足轻量化需求[66] 。。。。。铝合金一直是飞机结构部件的主要质料 [67] ，，，，，，但可用的铝合金质料有限，，，，，，且大大都古板铝合金不适于增材制造工艺。。。。。为此学术界和工业界都开展了大宗的研究，，，，，，例如使用古板高强度铝合金的金属粉末确定增材制造的合适加工窗口，，，，，，对粉末举行预合金化，，，，，，以及开发先进的铝基复合质料，，，，，，并通过原位或非原位要领引入增强相等[68] 。。。。。现有的金属增材制造主要用于制造简单质料的零件，，，，，，随着金属增材制造手艺的进一步生长，，，，，，需增强质料研究和开发，，，，，，提高质料性能的稳固性和可靠性，，，，，，拓展金属增材制造的质料选择规模，，，，，，并针对增材制造特点设计新型质料。。。。。在新质料设计时，，，，，，不但要思量合金的可加工与拉伸性能，，，，，，更应依据详细服役要求，，，，，，针对性地开展特定性能的合金因素设计[69] 。。。。。

5.4.2 功效分级金属质料

随着商业应用的一直增添，，，，，，对在单个零件中多种差别质料举行增材制造的需求也在增添。。。。。多质料增材制造（MMAM）是一个新兴领域。。。。。与一样平常的增材制造要领相比，，，，，，MMAM 带来了更高的设计自由度，，，，，，如将结构与功效相团结，，，，，，实现可定制的质料物理性能（如局部耐磨性、高导热性、隔热性、耐化学侵蚀性等），，，，，，甚至为增材制造零件引入 了 新 的 自 由 度[70]。。。。。 功 能 分 级 金 属 材 料（FGMMs）是一种新型异质质料，，，，，，由结构或因素具有梯度的多金属因素组成。。。。。与古板的均质质料相比，，，，，，功效分级金属质料能够以空间可控的方法

集成多种差别的因素，，，，，，从而创立出理论上简单质料不可能同时具备的种种先进性能的组合。。。。。因此，，，，，，在重大卑劣的事情情形中对 FGMM 的需求量很大，，，，，，如航空发念头（极端温度和压力）、核电站水反应堆（高压和侵蚀性）和空间站（低压/低温）[71] 。。。。。随着多质料粉末供应手艺瓶颈的突破，，，，，，使用增材制造生产多质料零件已成为现实。。。。。

现在，，，，，，多质料的增材制造仍处于初级阶段，，，，，，距离实现加工无缺陷零件并将其用于现实工业应用的最终目的仍有较大差别，，，，，，需从质料、工艺和软件等多个方面开展研究。。。。。怎样集成重大的混淆制造系统，，，，，，建设设计和制造规则，，，，，，优化制造流程，，，，，，现场监测和控制制造质量，，，，，，评估零件的可靠性、耐久性等都需要进一步研究。。。。。

5.4.3 复合质料3D打印

复合质料的特征使得其具有轻质高强度的特点，，，，，，相较于古板金属质料越发轻盈。。。。。复合质料3D打印手艺在航空领域的优势主要体现在轻量化方面。。。。。航空行业关于飞机的重量控制很是严酷，，，，，，而复合质料具有轻质高强度的特点，，，，，，与古板的金属质料相比更轻薄。。。。。古板制造要领难以实现重大的空腔结构和多层结构，，，，，，而3D打印手艺可以通过逐层堆叠的方法，，，，，，直接将复合质料打印成重大的结构，，，，，，从而最洪流平地镌汰无用质料的使用量，，，，，，实现飞机的轻量化。。。。。

现在已有多种复合质料可供3D打印使用，，，，，，如碳纤维、玻璃纤维等。。。。。未来，，，，，，预计将泛起更多种类的复合质料，，，，，，包括具有特殊性能的质料。。。。。这将使得航空器制造商能够凭证差别需求选择适合的质料，，，，，，并实现越发智能化的设计和制造。。。。。随着手艺的前进，，，，，，复合质料3D打印手艺将能够实现更小标准、更细腻结构的部件制造。。。。。这将有助于提高飞机的性能和效率，，，，，，并增进航空器的立异设计。。。。。

未来的复合质料3D打印手艺生长将需要多学科的融合。。。。。航空工程、质料科学、盘算机科学等领域之间的相助将推动该手艺更好地应用于民用飞机制造，，，，，，并增进其更普遍的生长和应用[72] 。。。。。

5.4.4 4D打印手艺

4D打印手艺是一种相对较新的制造手艺，，，，，，它在3D打印的基础上，，，，，，通过使用具有响应性子料或结构的打印件，，，，，，实现在外部刺激下爆发形状、结构或功效转变的能力。。。。。这种手艺可以使打印件在特定条件下自动变形、组装或执行特定功效。。。。。

4D打印的看法自提出以来，，，，，，引起人们极大的兴趣和关注。。。。。随着打印质料、打印要领的一直拓展与前进，，，，，，其在航空航天领域具有优异的应用远景。。。。。未来，，，，，，4D打印的生长高度依赖3D打印手艺、智能科学、新型结构设计及建模等，，，，，，才华构建精准、稳固展望4D零件形状转变，，，，，，应用于大型、长寿命的民用航空应用场景中[73] 。。。。。信托4D打印未来会在民用飞机上施展不可小觑的作用。。。。。

5.5 维护维修

通过增材手艺对受损零件举行修复实现再制造，，，，，，切合国家生长循环经济的战略，，，，，，可为高附加值的航空工业带来重大的价值。。。。。金属增材维修手艺已在军机领域获得普遍应用，，，，，，从发念头叶片损伤修复逐步生长到飞机框、梁、摇臂、支架等种种零件的损伤修复[74] 。。。。。借鉴军机领域机体结构侵蚀、磨损、疲劳裂纹等修复履历，，，，，，团结民机维修维护设计要求，，，，，，思量到飞机清静性和可靠性，，，，，，未来民机增材制造维修可从危害性较小的非要害件着手修复，，，，，，逐步审核验证，，，，，，以此为基础有序推进至要害件。。。。。为了进一步推动增材维修手艺应用的广度和深度，，，，，，以知足民机一连适航要求，，，，，，增材维修手艺展现出以下生长趋势。。。。。

5.5.1 航空备件生产

在一连适航历程中，，，，，，航空零部件的损坏很可能导致整个飞机无法正常服役或运营，，，，，，现在关于故障零部件的维修一样平常接纳向飞机制造商采购原产零部件的方法，，，，，，随着飞机型号一直迭代，，，，，，某些零部件备件的生产产线作废，，，，，，一些零件将面临无法生产备件的问题。。。。。通过激光选区熔化手艺导入所需零件的三维模子，，，，，，设置打印参数，，，，，，即可完成零件制造，，，，，，不再需要提前储备备件，，，，，，不但可以镌汰运输周转时间快速恢复运行，，，，，，并且能够有用降低备件的库存量。。。。。

另一方面，，，，，，我国航空工业亟需进一步加速民用航空零部件“国产化”程序。。。。。增材制造手艺在支持航空零部件和航材国产化方面，，，，，，具有自然优势。。。。。针对供应商唯一或者选择很少且需求量很低的航空零部件，，，，，，可能面临零件替换价钱腾贵、供货周期长的问题。。。。。引入增材制造手艺，，，，，，可实现对铸造、铸造等工艺替换，，，，，，完成知足原厂件要求的自制件研制，，，，，，可有用阻止航材“受制于人”的情形。。。。。

5.5.2 低温修复手艺推广

冷喷涂是一种固相增材制造手艺，，，，，，与基于熔化的增材手艺(如热喷涂、激光熔覆、电弧增材等)差别，，，，，，是通过颗粒在高速攻击下的严重塑性形变形成涂层的沉积手艺，，，，，，冷喷涂历程质料温度低于熔点，，，，，，可减轻粉末颗粒氧化和基体相变、晶粒粗化、热变形等问题，，，，，，为重大零件和薄壁零件的修复提供了新的解决计划，，，，，，同时，，，，，，冷喷涂还具有较高的沉积效率[75] 。。。。。；；；；；；谝陨鲜忠仗氐，，，，，，冷喷涂的应用场景将越发富厚。。。。。美国陆军研究实验室（ARL）2000年最先开展冷喷涂修复手艺在航空领域中的应用研究，，，，，，2001年建设了冷喷涂研发中心，，，，，，2008年以来，，，，，，ARL使用冷喷涂手艺乐成修复了许多高价值的铝合金及镁合金零部件，，，，，，例如UH-60 主旋翼变速箱壳体、B-1轰炸机的前系统舱面板及钛合金液压管路、AH-64阿帕奇桅杆支架、飞机升降架等。。。。。随着民航领域的快速生长，，，，，，民用飞机结构性能高、结构重大，，，，，，对配套的机载装备、机体结构维修再制造手艺也提出更高要求。。。。。冷喷涂固态增材制造手艺在民用飞机制造修复领域的应用潜力很大，，，，，，可在包管维修质量的条件下，，，，，，极大提高维修效率，，，，，，降低维修本钱。。。。。

5.5.3 移动式增减材一体化修复装备

增材修复后还需要举行局部加工恢复零件外观尺寸及外貌质量，，，，，，为了随时随地实现越发便捷的现场修复，，，，，，修复装备需要向移动式便携化、增减材一体化偏向生长。。。。。

结论

增材制做作为一种具有数字化、智能化特点的新兴手艺，，，，，，在重大结构一体化成形、缩短生产周期、提高质料使用率等方面优势显著，，，，，，有助于民用飞机结构的快速设计迭代、减重降本增效、迅速航材支援及维修维护应用。。。。。现阶段，，，，，，增材制造在高性能零部件的成形质量一致性和性能稳固性控制、标准规范系统建设、质料和工艺的判断与认证、最终零件适航切合性验证等方面亟待解决的要害问题是制约其在民用飞机工程化应用的主要挑战。。。。。

海内外在先进制造领域一连的政策和资金支持加速了增材制造工业化应用历程，，，，，，专用质料供应能力、工艺装备及软件系统性能的逐步提升，，，，，，工业链条的逐渐完善，，，，，，给民用飞机的增材制造手艺应用带来主要生长机缘。。。。。随着民用航空领域对增材制造质料、工艺和零部件的适航审查与认证探索研究，，，，，，增材制造与优化设计的深度融合生长，，，，，，该手艺在飞机结构的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和结构功效一体化应用等方眼远景辽阔。。。。。

参 考 文 献

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