20160119-华融证券-3D打印专题研究系列报告之九：3D打印在航空航天和国防领域的应用和展望_1mb

3D打印在航空航天和国防领域的应用与展望总结

核心内容

3D打印技术在航空航天和国防领域已获得广泛应用，并展现出巨大的发展潜力。该技术通过实现复杂结构制造、减轻重量、提升强度与耐用性、节省成本等优势，为行业带来了革命性的变化。然而，其大规模应用仍面临材料、成本和结构完整性等方面的挑战。

主要观点

1. 应用现状

• 3D打印在航空航天和国防领域的应用规模分别占全球3D打印行业销售规模的14.8%和6.6%，2014年市场规模分别为6亿美元和2.7亿美元。
• 航空航天业3D打印应用增速较快，2013-2014年市场份额由10.2%提升至14.8%。
• 3D打印在航空航天和国防领域的应用主要分为原型制造、概念验证和直接制造三大类。

2. 应用优势

• 复杂结构设计：3D打印技术可以轻松实现复杂几何结构制造，提升设计和创新能力。
• 轻量化需求：通过复杂结构制造，实现航空器的减重，提升燃油经济性。例如，飞机每减少一磅重量，每年可节省约1.1万加仑燃油。
• 提升强度和耐用性：使用如Inconel718和Ti6Al4V等高性能金属材料，提升关键零部件的性能。
• 节省成本：3D打印在材料利用率和时间成本方面优势明显，相比传统工艺可节省高达90%的加工费用。

3. 应用限制

• 质量问题：3D打印产品与传统加工在特性上存在差异，需长时间验证才能用于关键零部件。
• 材料限制：可用于3D打印的金属材料种类有限，限制了其应用范围。
• 成本问题：金属3D打印设备和材料成本高昂，尤其在粉末材料的加工成本上。
• 结构完整性：激光熔融和传统铸造在金相特性上有差异，需经过严格验证。

关键信息

1. 应用案例

• 航空发动机燃油喷嘴：LEAP系列发动机采用3D打印技术制造燃油喷嘴，零件数量由20个减少至3个，重量减少25%，寿命提升5倍。
• 再制造技术用于国防装备：美国Optomec公司的LENS技术用于修复高价值零部件，如涡轮发动机扇叶，节省维修成本。
• 战斗机结构件：我国已掌握激光成形钛合金构件技术，用于制造C919大型客机的主风挡窗框和中央翼条，显著降低成本和材料浪费。
• 3D打印无人机：Aurora Flight Sciences公司与Stratasys合作，制造全球首架3D打印喷气式无人机，大幅缩短制造周期。
• 3D打印太空车：NASA和Stratasys合作制造火星探险车，70个零部件采用3D打印技术，减轻重量并降低成本。

2. 未来展望

• 大型部件打印：3D打印大型部件是未来发展方向，如波音公司计划使用该技术制造机翼。王华明团队已成功应用于C919的结构件制造。
• 发动机零部件：通用电气（GE）在GE9X发动机研发中广泛应用3D打印技术，未来将有更多发动机零部件采用该技术。
• 太空探索和战场应用：3D打印有望在太空探索中实现就地取材制造设备和物资，如Made in Space公司在零重力环境下成功打印物品。欧洲航天局（ESA）计划使用月球土壤制造永久基地。战场环境下，3D打印技术可用于现场制造装备和物资。
• 无人机+3D打印：3D打印技术可推动无人机设计和制造的革新，如“无人航空母舰”概念，可在执行任务时现场打印小型无人机用于救援或军事用途。

行业发展趋势

• 3D打印技术正在从原型制造向直接制造转型，成为航空航天和国防领域的重要制造手段。
• 再制造技术与3D打印技术结合，将推动军用技术向民用市场转移，形成新的市场空间。
• 随着技术进步，3D打印在材料、成本和结构完整性方面的限制将逐步被克服，应用范围将不断扩展。

相关研究与团队信息

• 研究团队：华融证券3D打印研究团队由张迪、丁思德、何健康组成，分别负责不同领域的研究与分析。
• 研究系列：该系列报告包括3D打印概览、技术分类、行业应用等，为深入了解3D打印技术提供了全面资料。

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