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_17页_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打印技术近年来在航空航天和国防领域展现出巨大的应用潜力和市场空间，成为推动行业创新的重要工具。该技术不仅能够实现复杂结构的制造，还具备轻量化、提升强度与耐用性、节省成本等优势，同时也面临着材料、成本和结构完整性等方面的限制。随着技术的不断成熟，3D打印在多个应用领域取得了显著进展，并对未来的发展前景充满期待。

主要观点

• 应用规模增长迅速：2014年，3D打印在航空航天业和国防工业的应用规模分别占全球市场的14.8%和6.6%，预计未来6年将分别以33.9%和30%的增速发展。
• 主要应用方向：3D打印在航空航天和国防领域主要应用于直接制造、设计验证和维修三个方面。
• 技术优势：
  • 实现复杂结构设计；
  • 满足轻量化需求；
  • 提升强度和耐用性；
  • 显著节省成本。
• 技术限制：
  • 材料种类有限；
  • 成本较高；
  • 结构完整性需长期验证。

关键信息

一、3D打印在航空航天和国防领域的应用

1. 市场规模和增速

• 全球3D打印市场规模在2014年为41亿美元。
• 航空航天业和国防工业分别占14.8%和6.6%。
• 2020年预计航空航天业3D打印市场规模将达到34亿美元，年均增速33.9%。

2. 应用领域

• 直接制造：用于制造飞机机身结构件、发动机零部件等，具有低成本、快速试制和减重优势。
• 设计验证：用于结构件和零部件的性能测试，缩短研发周期并优化设计。
• 维修：用于高价值易损件的修复，提高再利用率和节省成本。

3. 应用优势

• 复杂结构设计：3D打印可以制造传统工艺难以实现的复杂几何结构，提升设计和创新能力。
• 轻量化需求：减轻飞机重量，提升燃油经济性，对卫星和运载火箭意义重大。
• 提升强度和耐用性：使用如Inconel718和Ti6Al4V等高性能合金材料，提升关键零部件的性能。
• 成本节省：材料利用率高，省略开模工序，显著降低生产与维修成本。

4. 应用限制

• 材料限制：金属材料种类有限，制约技术应用。
• 成本高昂：设备和材料成本高，行业规模小。
• 结构完整性：需经过长期验证，确保打印件符合关键零部件的要求。

二、应用案例

1. 航空发动机燃油喷嘴

• LEAP系列发动机：使用3D打印技术制造燃油喷嘴，零件数量从20个减少到3个。
• 材料与性能：采用钴铬合金，重量减少25%，寿命提升5倍，燃油效率提高。

2. 再制造技术用于国防装备

• LENS修复技术：由美国Optomec公司开发，用于修复涡轮发动机扇叶等部件。
• 节省成本：美国军方通过该技术节省维修费用，如M1 Abrams坦克零部件修复成本大幅降低。

3. 战斗机结构件

• 王华明团队：成功研发飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术，获国家技术发明奖一等奖。
• 性能提升：3D打印钛合金构件重量可减少40%，材料利用率高达95%，成本降低90%。

4. 3D打印无人机

• Aurora Flight Sciences：与Stratasys合作生产全球首架3D打印喷气式无人机，试飞速度达240公里/小时。
• 设计自由：3D打印赋予设计师更多自由，简化组装流程，缩短制造周期。

5. 3D打印太空车

• NASA火星探险车：70个零件使用3D打印技术，实现轻量化、低成本和高效率。
• Stratasys公司：在零重力环境下成功打印物品，推动太空探索的发展。

三、未来展望

1. 打印大型部件

• 波音公司：计划用3D打印技术制造机翼。
• 王华明团队：已成功制造C919飞机主风挡窗框和中央翼条，显著降低制造成本。

2. 发动机零部件

• GE9X发动机：通用电气将3D打印应用于研发，未来将有更多发动机零部件采用该技术。

3. 太空探索和战场

• 3D打印在太空：可实现太空物资即时制造，降低运输成本。
• Made in Space与ESA：已实现零重力打印，计划使用月球土壤建造基地。
• 战场应用：未来战场将配备3D打印设备，实现现场打印所需装备和物资。

4. 无人机+3D打印

• “无人航空母舰”设想：无人机搭载3D打印设备，现场打印小型无人机用于救援或军事任务。
• 技术推动力：3D打印将极大推动无人机行业的创新发展。

行业研究团队信息

• 分析师：张迪、丁思德
• 执业证书号：S1490515100001、S1490515070002
• 联系方式：
  • 张迪：电话010-85556171，邮箱zhangdi@hrsec.com.cn
  • 丁思德：电话010-85556179，邮箱dingside@hrsec.com.cn
• 联系人：何健康，电话010-85556186，邮箱hejiangang@hrsec.com.cn

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