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AM 的结构材料在航空航天等领域的应用

作者:南极熊3D打印 更新时间:2021-04-06 09:31 来源:南极熊3D打印 点击数:668

航空航天领域
在航天领域,尤其是航天器零部件和天线等结构方面的领域,得益于太空的零(微)重力环境,在轨增材制造可以打印很多传统加工方式难以实现的零部件。在航空领域,增材制造的应用逐渐成熟,从最初在非关键部件上的应用逐渐过渡到例如发动机核心部件的制造。例如使用增材制造燃油喷嘴,在减少部件的同时,提高燃油效率。在可以预见的将来,增材制造将在航空领域大放异彩,乃至于影响到飞机的整体设计。另外,3D 打印为新型可变机翼的研发提供了强大的加工能力,显著提高了新型结构的研发效率,并实现了应用于可变机翼的全新的结构体系,目前蓬勃发展中的 4D 打印技术将为可变机翼提供更多先进的技术路径。


航空航天领域
在航天领域,尤其是航天器零部件和天线等结构方面的领域,得益于太空的零(微)重力环境,在轨增材制造可以打印很多传统加工方式难以实现的零部件。在航空领域,增材制造的应用逐渐成熟,从最初在非关键部件上的应用逐渐过渡到例如发动机核心部件的制造。例如使用增材制造燃油喷嘴,在减少部件的同时,提高燃油效率。在可以预见的将来,增材制造将在航空领域大放异彩,乃至于影响到飞机的整体设计。另外,3D 打印为新型可变机翼的研发提供了强大的加工能力,显著提高了新型结构的研发效率,并实现了应用于可变机翼的全新的结构体系,目前蓬勃发展中的 4D 打印技术将为可变机翼提供更多先进的技术路径。


电子设备
该部分总结了 AM 在包括微波器件,PCB 板,MEMS,微电池,RFID 标签,以及陶瓷手机背板等电子设备上的应用。在现代微波通讯系统及电磁应用领域中,增材制造技术为器件的小型化、轻质化、高精度、低成本制造提供了新方法,可有效降低传统制造中存在的材料冗余、装配误差等缺点。在未来微波及太赫兹器件的增材制造技术发展方面,提升制造质量和速度,研发新材料以适应多功能需求以及实现更高频器件制造将具有广阔空间。随着 5G 时代的到来和无线充电技术的发展,陶瓷材料的 AM 有望在新型手机背板的开发上发挥重要作用。


核工业
该部分主要概述了增材制造制备的高分子、金属及陶瓷材料在核工业中的应用。从复合材料及材料结构方面对中子屏蔽材料的性能及应用进行研究,并展望多功能复合材料在核工业中的潜在应用。


柔性可穿戴设备
3D 打印技术可应用于柔性、可穿戴电子设备的制造,例如应变传感器、纳米发电机、柔性电极等。


软质传感器/驱动器/机器人技术
4D 打印湿度、温度响应水凝胶发展迅速,各种几何形状、复杂变形和定向运动都已经实现。3D/4D 打印在传感器、执行器和软体机器人等各个方面都显示出了巨大的应用潜能。


珠宝和艺术装饰品
3D 打印技术由于制造周期短、可根据客户需求精确定制、制造过程具有零浪费等特点,成为了珠宝和装饰行业兴起的新型制造技术。3D 打印技术通过电脑建模可以设计结构复杂的珠宝和装饰,并且以高分子、金属、陶瓷等材质直接打印出来,也可以通过打印铸造珠宝所需的低熔点熔模来间接参与珠宝制作。


陆地运输
增材制造技术在陆地交通领域有着巨大的应用前景。相较于传统的陆地交通工具(如汽车、自行车、高铁等)的制造技术,增材制造技术不仅可以有效地降低制造成本,缩短研发周期,提高生产效率,还能够推动交通工具定制化设计的普遍应用。


水下设备
3D打印在航海领域的价值不断在开发,从服务水面船舰维护到深海水下探测。受益于 3D 金属材料打印技术的成熟和海上环境 3D 打印技术的研发,未来远洋船舰中极可能标配 3D 打印设备,为远离陆地补给的船舰即时制备已磨损或需更换的配件或临时所需的结构。该领域的潜在可观的市场也将吸引和促进 3D 打印技术在动态环境下的发展。


多孔结构
随着各种 3D 打印技术的飞速发展,作为多孔结构的不同微观结构变得越来越重要。通过使用 AM 技术,多孔结构有广阔的应用前景,特别是在医疗领域,如骨支架。利用3D 打印技术,可以个性化地制造出不同的尺寸和形态的结构。

(来源:香港城市大学吕坚院士团队)