現階段3D打印技術的航空應用主要集中在金屬結構,以坯材成型加工難度大的鈦合金和合金鋼為主,加工難度低的鋁材則更適合采用鍛鑄方式成型。3D打印航空零件的應用已比較廣泛。國外用于F-22的3D成型TC4接頭已經達到2倍設計疲勞壽命,F/A-18的翼根吊架結構強度達到設計要求的225%,疲勞壽命也達到4倍設計要求,C-17等型號的進氣道附件也都開始批量應用3D打印,部分3D打印件已能在現有機型制造中替代鈑金和精鑄件。
中國在航空3D打印方面取得了很大的成績,已有多個型號應用3D打印的承力結構,達到了縮短制造周期和簡化工藝的效果,對產品減重的作用也比較明顯,宣傳資料中甚至有過減重40%的說法。國內很多軍迷僅根據這個40%和類似說法,就對航空結構減重抱有很大希望,而這個40%雖然理論上存在可能,但要受到非常嚴格的條件和應用限制。
SLM制成品的尺寸精度較高,但成型體結構密度控制效果不好,難以承受高載荷的結構效應,承力結構的3D打印主要采用的是LENS。按照已經公開的3D打印整體框架坯材外形對比,3D打印件毛坯重量大致只有鍛造的15%,這是3D打印的技術優勢,但坯材減重比并不代表最終制成品的重量對比。飛機的整體結構框架的設計要考慮到輕巧、堅固,以及工藝和成品機械/理化性能的一致性,結構設計必須嚴格滿足標準化的要求,不同機型類似結構的設計并沒有大的差異。
展覽上公開的3D打印承力框架制成品,結構設計與鍛造框架并沒有任何差別,區別僅體現在毛坯成型的工藝方式。3D打印的LENS和SLM工藝均已比較成熟,無論是采用激光還是電子束作為能量源,無論是使用粉材還是絲材作為基材,材料本身的理化條件并不會因為加工方式不同而變化。按現有技術,近凈成型燒結的材料理論密度比鍛造低近1%,選區熔化方式成型的粉末材質密度相對較小,與鍛造件的密度差別也在3%以內,工藝實現條件越好材料密度差異就越小。
無論采用什么樣的3D成型方式,同樣零件的材料性能如果沒有大的差別,零件的制成品重量就不會存在明顯的差別。所以說,3D打印坯材加工方式取得的減重效應非常有限,考慮到目前3D打印的材料性能還不夠完善,相比成熟的鍛造結構容限保險設計更多,同樣設計結構件的凈重甚至還要重些。