IAME中國（西安）國際3D列印博覽會暨高峰論壇上，“增材製造技術與航空航天論壇”，中國商飛增材製造技術應用研究中心的馬立敏做了主題是《大型民用飛機增材製造技術的應用實踐與思考》的報告。
△配圖：中國產大飛機C919
下面是南極熊根據現場速記編輯的內容：
大型民用飛機增材製造技術的應用實踐與思考
本報告分為四個部分，應用與發展，創新應用的路線圖，核心能力建設，一些思想和建議。大型民機上，按材料可分為粉材和絲材，工藝分為鐳射和電子束，主要用來做一些金屬零部件的結構。增材製造給飛機的生產和研製帶來了巨大的變化。第一是減少了成本，不光是材料的成本還有加工成本，裝配的時間；飛機有些零部件非常複雜，如果鍛造，最後90%被加工掉，百分之幾的材料才是有用的結構。我們現在用增材製造可以大大節約材料的成本，一體化減少裝配時間，這些都有成功的案例。改進產品的效能
增材製造現在一般來說都和一些結構的創新設計、優化設計結合到了一起。比如飛機吊掛的結構，原來都是框樑的結構，我們如果用3D列印做，肯定不是按原來的結構來設計，而是按照現在比較流行的拓撲優化方法，做出輕量化設計，這個設計減重10%左右，它更好的地方在哪裡？原來框架結構傳力路徑不是最優的，拓撲優化之後的設計安全按照結構的傳力路徑按照材料的分佈，傳力路徑佈置材料，把大量應力較小的地方摳掉，可以提高產品的效能。改變供應鏈的模式比如說以後飛機壞了，按照現在模式都會有大量的備件，我們不知道哪個零件會壞，每個都有需要有備件。有了3D列印之後，我們備件只是備零件的數字模型，壞掉了之後馬上可以用3D列印的方式製造出來替換上去。特別是老舊機型，很多零件就不生產了，但是數字模型還會一直保持下來，以後一旦有一些零件壞掉了，就可以通過3D列印實現快速製造。這對於我們供應鏈的管理幾乎產生了變革性的變化。
3D列印零件重量減少1千克，飛機就能增加20萬元的效益有人一直說3D列印很貴，但是從我們民機的角度出發，3D列印真的很貴嗎？首先從製造方式來說它會帶來一些經濟上的好處，比如材料利用率高等方面。波音估算，如果大量採用3D列印，一架飛機減少200—300萬的製造成本。不光是製造成本，如果我們從飛機的壽命來考慮，它帶來的成本效益會更高。我們一架飛機在設計的時候，考慮全壽命是30年，起降能到一萬多次。在這麼長的時間過程中，如果減少一千克的重量都可以帶來很可觀的經濟效益。據空客估算，如果飛機減少1000克，結構減少1000克，相當於商載增加1000克，增加1000克商載就增加22萬人民幣的效益；如果從ARJ21飛機估算，可以帶來20萬人民幣經濟效益的提升。如果我們能夠用增材製造給它減重，這個機制是非常可觀的。我結合幾個案例來講。做滑輪導軌的結構，它原來的結構是1.28千克，現在變成1.07千克，減少0.21千克，它能帶來全壽命經濟效益是42000元，這個效益完全能夠覆蓋住製造成本的增加；窗門角頁壁的結構，原來機加工是3.8千克，後來我們做了拓撲優化，用增材製造來做能減少到2.2千克，這減少的重量能夠帶來26萬元人民幣的經濟效益的提升。（南極熊補充：即使花幾萬元來3D列印這個零件，也是值得的）所以說這樣一比較增材製造的經濟效益還是非常可觀的。增材製造對於商用飛機帶來的變化是全方位的，比如說它裝置的變化，材料的變化，設計的變化，還有一些製造過程，檢測，品質認證，批生產，維修，這些方面都帶來了很多變化。從預研、設計、生產、適航、客服、回收，也都帶來了一些不一樣的情況，這需要工作中做大量的研究。中國商飛3D列印應用案例
排葉孔（音），外面有複雜的曲面結構，裡面也有相對複雜的結構，原來分別製造組裝起來，現在用增材製造可以給它一體成型，帶來材料利用率和加工時間方面的好處。
△南極熊補充圖：飛機艙門機構件，有28個3D列印零件
艙門的機構件，現在這個結構件一共有28個零件，現在已經在103架C919飛機上裝上去了，現在就在西安閻良試飛這架飛機，這是中國產飛機上面首批應用增材製造的零部件。
風扇進氣口，當時據說有這樣一個故事，當時發現有問題之後，離我們的首飛已經很近了，怎麼辦？如果用傳統的方式製造需要很長的時間才能得到產品，最後我們選擇用3D列印，給它打印出來之後，用很短的時間就裝到了飛機上面，保證了我們首飛任務的完成。
△鉸鏈支架
短艙鉸鏈支架，這個鉸鏈支架是幹什麼用？短艙在下面能夠開啟，鉸鏈支架在下面固定用，一個倉有8個支架， 做了脫鋪優化設計，1.13千克減少到0.87千克，減少23%的重量。這是鉸鏈壁，這個圖想說明我們增材製造用拓撲優化的方法可以帶來很好的減重的效果。另外一個優化的方法點陣結構，點陣結構既能提高它的強度剛度，同時保證它的重量不會增加太多，這是我們其中一個案例，艙門手柄，手柄是我們開啟艙門用的一個機構，它是用鋁合金來做的，用點陣結構可以減輕15%的重量。
3D列印應用在民航飛機上的長遠規劃這些應用案例對於長遠的規劃來說，這只是剛剛開始起步，我們也做了針對於長遠發展應用的路線圖。剛才大量的案例都是1到2年可以實現，叫做內室結構以及功能性的一些結構，這些結構更側重於它的功能需求，對於結構的應力，對於可靠性要求並不是非常高。
我們打算用3—5年的時間，能夠實現對於可靠性和結構承載能力要求高的，像非主承力結構，使用3D列印技術來做；主承力結構計劃用5—8年實現，更多用較長的時間實現整機和大布段增材製造和拓撲優化，以及其他一些創新方法。
主要承力件和整機結構，我們現在已經做3D列印的研究，已經對產品做了原型，驗證拓撲優化的吊掛結構，它承載飛機發動機的推力和發動機自身的重量和振動這方面的工況，要求非常高。我們現在已經能做出3D列印的原型驗證件，拓撲優化能減輕10%以上，還有整機的拓撲優化，雖然現在整機不可能做3D列印，但是我們通過縮比驗證的方式已經驗證了，這架飛機我們設計80米，縮比40倍以後，一盞兩米全機3D列印無人機已經做出來了，而且中間用到了大量結構的拓撲優化和點陣一體化設計，這架縮比驗證機不僅做出來了，還實現空中飛行驗證，真正能飛起來的3D列印無人機。應用路線圖上面典型的案例——艙門內飾件，這是閱讀燈的燈罩，這個用3D列印的好處，以後要做公務機，裡面個性化的裝飾可以用3D列印做，比較方案的時候，可以用3D打印出不同的方案供選擇。
△進氣道
這是功能件，有一個滑軌套筒，上面是風扇進氣口，它的好處是等待替換的一個作用，好處是能夠進行一體化的設計減輕重量，減少裝配。還有次承力件，艙門鉸鏈壁，短艙鉸鏈支架，這個要承受一定的力，但是力又不是非常大，我們可以用增材製造來實現，它們原來都是鑄造的方法做出來，現在用增材製造能夠實現結構的優化，來減重，來提高它的材料的使用率。
△吊掛
今後飛機發動機的吊掛，我們計劃以後用增材製造實現，它要實現鍛件的材料，相對來說難度高一些，因為鍛件從效能的穩定性和抗疲勞這方面來說都比增材製造稍微好一點。中國商飛增材製造的核心能力和供應商合作模式從整個增材製造在民機上的應用來說，分為材料、裝置、設計、製造、品質認證、適航、批生產、維修維護這幾個方面。中國商飛要自主掌握的是設計、工藝、品質認證、適航這方面的工作。關於材料和裝置我們準備和供應商合作，還有一些批生產和維修維護也通過和供應商的合作完成。我們的核心在於材料和工藝的規範，還有適航。設計上我們主要做設計的指南，品質主要做品質評價體系的建設，適航是我們民機的特色，需要我們自己建立一個適航符合性的規範，批生產和維修維護在批生產的組織模式和維修手冊的制定。3D列印對於飛機制造是一個新的技術，我們在各方面都需要制定一些新的規範，比如說設計，設計作為應用研究單位最先要掌握的一個方法。但是增材製造，它帶來完全創新性的設計理念，比如大量的點陣，所謂的拓撲優化，到底這個設計是不是合理，是不是可靠？我們需要大量的研究工作。比如上面的點陣結構，可以說不能保證每一根竿打印出來都是連上的，或者使用過程不會壞掉，但是我們承認它會壞掉的前提下，它壞掉多少我們是可以接受的，它在哪裡壞掉我們可以接受，我們認為這個飛機是安全的，這都需要我們大量做研究工作。拓撲優化結構帶來看著很清很爽很炫的結構，但是這種結構的可靠性到底好不好？它是不是達到了最佳的設計？這對於我們今後都是核心能力的體現。材料和工藝的規範，我們現在材料基本上是從外面採購的，裝置也是採購的，什麼樣的材料可以滿足商用飛機的使用要求？這需要我們自己定出一個規範來。還有什麼樣的工藝符合飛機制造的要求？據我所知，增材製造的工藝引數可能有上百個引數之多，我們抓住哪些關鍵的引數就相當於控制了這個工藝，其實這方面也有大量的工作要做，現在我們也有一些心得。作為大型民機來說，最重要的一件事情是適航認證，適航認證主要由中國民航FAA，FAA是美國，還有歐洲的EASA，我們需要通過管理局的認證。3D列印不是我們說能應用就行了，還要管理局覺得是可靠的技術才能真正在飛機上應用，這項技術證明給自己看還比較容易，但是要給第三方認證就比較難了，這也是我們今後要攻克的一個難題。