未来飞机将3D打印 波音与空客研发三维打印技术_3DM单机

    三维（3D）打印技术是时下美国媒体讨论的热点话题。当前，人们已经能够通过三维打印技术来制造一些小物件，如茶杯以及鞋子等等。但随着技术的不断进步，一些大型制造商也在研究用这种技术制造更大的物体，波音和空客公司的工程师甚至称未来可以“打印”出飞机的机翼和大飞机本身。真的有这么神奇？

工程师在电脑中设计出需要打印物体的三维模型

首架打印飞机“SULSA”

波音已经能打印300种零部件

最近，波音公司在美国圣路易的一家自助餐厅的洗碗机出现问题之后，公司的修理工并没有等着替代零件运到那里才进行修理，而是直接要求波音公司的设计工程师迈克·海耶斯在电脑里复制这一部件，然后打印出来。这一过程只用了30分钟。海耶斯说，总有一天，波音公司或许能够通过这种方法制造出整个机翼甚至是一架飞机，而不用切割或锻压任何金属。

这种方法就是三维打印技术，也被称为是添加式制造。其技术原理是这样的，先在电脑中将需要打印的物体的三维模型设计出来，然后通过专门的打印机进行打印，每打印一次就形成一块很薄的切面，经过不停地打印累加之后，自然形成需要制造的物品。整个打印过程由电脑控制，而使用的打印材料不是普通打印机所用的墨粉，而是金属粉或者其它材料。在打印的过程中，这些金属粉会逐渐融合在一起。通过三维打印来制造物体，制造过程基本上是一气呵成，不会产生废料。波音公司已经利用三维打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的导管。这些导管形状比较复杂，以前需要用不同的零件来进行组装，这样会提高劳动成本。如今通过三维打印技术，制造过程简单不少。

空客要用3D打印机制造飞机

波音公司的最大竞争对手空客公司也在三维打印技术上下功夫。巴斯蒂安·沙菲尔是空客公司的机舱设计师，过去两年，他一直致力于一个新的概念用 3D打印机制造机舱。这听上去有点像天方夜谭，不过沙菲尔为自己的目标制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。

沙菲尔已经在空客公司工作了6年，从2010年开始，他一直致力于“透明飞机概念”计划。为了支持他，公司赋予他从任何部门调动同事作为助手的权力。他说：“我很幸运，有机会做些与众不同的事。 ”他和其他设计师一起集思广益，最终弄出了一个3D打印的概念机。目前，他的团队大概有10人。

3D打印技术有不少竞争优势

人们之所以热衷于发展3D技术，很重要的原因在于这种技术有不少优势。空客的母公司欧洲宇航防务集团之所以想打印飞机，关键的原因就两个字便宜。不仅便宜，用3D打印机“打印”出来的飞机还比用传统方法制造出来的飞机轻65%。此外，沙菲尔的“概念飞机”本身就有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身、能让乘客看到周围蓝天白云的透明外壳等，这也需要一种激进的生产方式来完成他的设想。

不过，就现在而言，由于还没有规模化使用，通过三维打印技术制造一些商品成本并不低。但随着技术的成熟和规模化使用，成本降低是肯定的。因为这项技术不需要很多工人，能节省人力成本。同时，它会创造出一些高技能的工作岗位，比如操作打印机以及开发相关的计算机软件。打印机制造商3D系统公司的首席执行官莱琛塔尔说：“这项技术将会改变很多商品的制造地点，三维打印机的费用从500美元到120万美元不等，它可以安装在任何地方，这样的话生产任何东西都可以在它需要的任何时间和地点进行，省去了运输和仓储成本。 ”

三维打印技术还可以让很多企业家不用建造工厂就可以生产产品，也不必将制造业务外包给别的公司。三维打印机制造商ExOne公司总裁戴维·伯恩斯说：“这项技术将开启新的设计机会，传统的制造业需要将大块的金属进行切割锻造，设计部门要做的工作就是减少生产过程所需步骤的数量和难度以降低成本。有了3D打印技术，所有过程都由计算机控制，复杂设计和简单设计对于打印而言并没有区别。 ”

美政府大力支持3D打印技术

三维打印技术其实并不是一项全新的技术，它从发明到现在已有25年。不过，三维打印技术以前主要是用来制造一些比较小型的东西。时至今日，一些大型制造商已经开始准备将其用来制造更大的物件。 “我们已经到了这样的临界点，我们想向前迈出更大的步伐。”海耶斯说。一些三维打印设备的制造商也认为随着这种技术的成熟，将来一些汽车零部件的库存只需要保留电子文档，而无需制造出来存在仓库。一旦有需要，直接打印即可。

正因为有上述的诸多特点，奥巴马政府认为三维打印技术的发展是美国制造业提高竞争力的一条捷径，有了这种技术美国在与一些低成本国家进行竞争时会有更多优势。美国政府已经投资3000万美元用于三维打印技术的研发，并建立一个三维打印技术研究院，八月中旬将宣布研究院的具体选址。美国国防部对这种技术也非常感兴趣，因为它可以让军方在战场上生产出所需要的零部件，而不需要从遥远的工厂运过来。

当前仍然面临着诸多挑战

当然，要实现三维打印技术的大规模使用，还有不少挑战。首先是打印材料，它根据打印商品的不同需要各种特殊种类的金属、塑料以及陶瓷等，成本比较高。另外，对于一些结构比较复杂的产品，通过三维打印技术制造会比较慢一些。而就打印飞机而言，找到合适的材料也是一大挑战。空客概念飞机的仿真结构现在还没有找到合适的材料，因为机身必须透明、且有很强的硬度，符合这些特质需要合成材料。

另外，3D打印机本身也是一大问题。据说，世界上目前只有一台3D打印机能够同时打印出多种材料的产品，这台打印机的拥有者是一家以色列公司 Objet。Objet和纽约一家建筑师事务所有合作关系，建筑师事务所的所有人戴维·本杰明恰巧是沙菲尔打造空客概念飞机的合伙人。沙菲尔说：“像 Objet公司拥有的那种多材料打印机可以让设计师用不同的材料做试验。 ”本杰明说：“同一件东西，你可以打印出不同弹性、不同颜色的版本，或者打印出一件连续的东西，但是不同部位所用的材料却是不一样的。 ”

鉴于此，在投入生产之前，欧洲宇航防务集团要求有关三维打印飞机的设计需要通过严格的飞机制造规定。所以，空客飞机的3D打印之路只能一小步一小步地向前推进。据悉，今年年底，空客会在A380客舱里使用3D打印的行李架，这将是空客商务机首次使用3D打印的部件。而空客公司生产的军用飞机“台风”式战斗机，之前也使用了3D打印的空调系统。

从目前来看，三维打印技术制造的商品在整个全球制造业中所占的比重还是微不足道的。行业咨询师特里·沃尔勒斯说，今年全球三维打印市场的规模将达到21.4亿美元，去年的规模是17.1亿美元，仅占全球制造业总产出的0.02%。专家认为，要想提高三维打印技术在全球制造业中的市场份额，就必须让这种技术变得更快，价格更低廉。三维打印技术源自美国，不过现在欧洲一些公司居于领先地位。不少亚洲公司在这方面也投入巨资，但还远没有成为技术领导者。随着资金的投入，三维打印走向成熟是迟早的事，而通过三维打印技术制造飞机恐怕也不会是梦想。