- 增材制造是材料科學(xué)家的“夢(mèng)想”，卻是工程師的“噩夢(mèng)”
- 美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室材料制造局的科學(xué)家和工程師將增材制造（3D打印）視為一種強(qiáng)大的快速創(chuàng)新工具
- 傳統(tǒng)制造工藝的最大問(wèn)題就是時(shí)間問(wèn)題，而增材制造則提供了低成本和快速交付能力
增材制造的發(fā)展
- 20世紀(jì)80年代，美國(guó)空軍開(kāi)始了對(duì)增材制造能力的研究。同一時(shí)期，快速原型概念在工業(yè)界興起。早期的快速原型技術(shù)，是在工程師有了想法之后，通過(guò)打印機(jī)使用塑料材料進(jìn)行目標(biāo)原型打印，而這種原型側(cè)重的是創(chuàng)建功能原型。
- 早期的增材工藝是通過(guò)特定區(qū)域的光化學(xué)反應(yīng)構(gòu)建剛性的塑料部件，隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸演化出熔絲模塑成型，其材料仍然采用塑料絲線。此外，基于粉末的激光熔融塑料成型技術(shù)逐漸出現(xiàn)。20世紀(jì)90年代初，科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了采用金屬材料的類(lèi)似增材工藝，但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造部件的表面非常粗糙。直到21世紀(jì)，激光技術(shù)的足夠成熟終于使得增材制造工藝發(fā)生了質(zhì)的變化。而這帶動(dòng)了整個(gè)航宇工業(yè)所追求的增材制造革命。
增材制造向生產(chǎn)型部件的應(yīng)用發(fā)展
- 激光和粉末冶金工藝的經(jīng)濟(jì)性提升，促進(jìn)了科學(xué)家們對(duì)金屬增材制品的研制。
- 增材制造從開(kāi)發(fā)原型應(yīng)用向?qū)嶋H生產(chǎn)方法的演化，為美國(guó)空軍帶來(lái)了很多好處和應(yīng)用機(jī)會(huì)。
- 定制部件及獨(dú)特、復(fù)雜幾何形狀部件的小批量制造有助于對(duì)老化機(jī)隊(duì)的維護(hù)。
- 定制工具、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和輕質(zhì)部件的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)更好的飛機(jī)維護(hù)并延長(zhǎng)壽命。
- 飛機(jī)后勤對(duì)增材制造的應(yīng)用潛力很大。
- 對(duì)幾十年前生產(chǎn)的、目前少量難供應(yīng)的部件快速生產(chǎn)非常有價(jià)值。
- 對(duì)增材制造的一致性、高質(zhì)量材料的開(kāi)發(fā)仍是一種挑戰(zhàn)。
增材制造向功能材料的擴(kuò)展
（1）應(yīng)用研究
- 當(dāng)前的增材制造材料應(yīng)用已經(jīng)超越了塑料和金屬部件。
- AFRL材料制造局的功能材料增材制造領(lǐng)軍人士Dan Berrigan博士，正在探索如何使用增材制造工藝將功能材料嵌入到結(jié)構(gòu)中，例如在非傳統(tǒng)表面添加電子電路或天線。隨著對(duì)有源跟蹤器及性能監(jiān)視器等柔性設(shè)備需求的增加，通過(guò)這種工藝方式對(duì)這些有源設(shè)備進(jìn)行有機(jī)供電非常有必要。
- 增材制造工藝可以實(shí)現(xiàn)任意形狀或柔性的電子器件沉積， Berrigan博士正在研究在圓頂或補(bǔ)丁表面粘附電路的方法，以期在已有結(jié)構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)新的功能。
（2）主要挑戰(zhàn)
- 3D打印電子產(chǎn)品，不像傳統(tǒng)工藝那樣要對(duì)一系列導(dǎo)電層和絕緣層進(jìn)行層壓而形成剛性電路板，導(dǎo)電材料在3D打印工藝中要被分成數(shù)百萬(wàn)個(gè)小塊并懸浮在液體材料內(nèi)，然后從打印機(jī)中進(jìn)行分配，并且在印刷之后，還要保持這些獨(dú)立的導(dǎo)電片相互接觸，以使電子能夠在電路中運(yùn)動(dòng)而生電。
- 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的缺乏、質(zhì)量保障方法、重大的材料變化以及材料性能的降低是AFRL研究人員需要克服的部分因素，例如增材制造電路的電子特性可能比傳統(tǒng)制造工藝的電子特性差
- 掌握零件的安全性、可靠性和耐用性對(duì)飛機(jī)至關(guān)重要，目前對(duì)增材制造部件的這些屬性還沒(méi)有掌握
- 基本的材料兼容性問(wèn)題。確保材料的彼此粘附，或者使部件能夠支持一定的應(yīng)力或承受一定的溫度，這些都是需要解決的挑戰(zhàn)。
MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)的嵌入式天線將使用增材制造技術(shù)進(jìn)行制造。此外，柔性線圈、嵌入式天線以及傳感器都將探索采用增材制造技術(shù)進(jìn)行制造
?