航空航天3D打印与DfAM创新设计的探索之旅
导读：航空航天代表着人类科学技术的最高水平，也体现着人类设计理念的最新动态。通过增材制造技术 增材设计（DfAM）思维，可以为航空航天带来前所未有的设计理念。本文通过几个案例，为读者展现DfAM设计思维和航空航天行业相契合时所碰撞出来的火花。
一、基于DfAM理念的拓扑优化机翼设计
丹麦技术大学机械工程系副教授 Niels Aage 将一个27m长的机翼划分为11亿个单元，用8000个CPU优化了5天时间，终于拓扑优化出来一个让业内一直津津乐道的作品——拓扑优化的全尺寸机翼。该成果以《Giga-voxel computational morphogenesis for structural design》为题，发表于《Nature》杂志。
上图为基于DfAM理念的拓扑优化机翼内部结构（机翼的下半部分），以梁结构和类桁架结构为主。
最后作者发现，拓扑优化整体机翼的内部结构，与鸟嘴骨骼的内部结构有异曲同工之妙。鸟类在长期的进化过程中，优化出了既能满足承受进食时载荷，又适应飞行的轻量化骨骼。这个过程与拓扑优化机翼的过程可谓殊途同归。
二、基于DfAM理念的火箭发动机结构设计
AR1是一款正在开发中的50万磅推力级的液氧/煤油发动机，其主喷油嘴是完全使用选择性激光熔化（SLM）技术制造的，3D打印被证明能够以与传统制造技术相比很低的成本快速制造出复杂的发动机零部件。仅在主喷射器一项，3D打印就把零部件的交货时间减少了9个月，并降低了70%的成本。
三、基于DfAM理念的全机一体化设计
欧洲飞机制造商“空中客车”公司公布基于DfAM设计理念的“透明客机”概念方案。这架充满梦幻色彩的概念飞机极为复杂，完全打破了传统制造方法的桎梏，从弧形机身到仿生结构，再到能让乘客一览蓝天白云的透明蒙皮。根据空客公司公布的计划，这架梦幻飞机将在2050年变成现实，到时候整个生产车间就是一台巨型3D打印机，整个机身都由3D打印制造。
舱壁膜控制空气温度同时呈透明状，
让乘客全天候欣赏到美丽的空中景色
透明客机夜晚飞行时的景象
乘客可以在互动区玩虚拟高尔夫球
3D打印苏-57模型
目前，3D打印凭借其独特的技术优势，正在航空航天行业实现跨越式的发展，过去依靠传统制造难以实现的复杂几何结构、轻量化结构、一体化结构，在以灵活著称的3D打印面前不再是问题，因此基于增材制造的设计（DfAM）思维显得尤为重要，只有从工艺上、技术上、思想上、理念上抛弃固有思维的束缚，我们航空航天设计师的设计能力和创新能力才能被彻底激发出来。
作者：马立敏，安世亚太增材设计首席专家，高级工程师，北京航空航天大学/中国商飞公司博士后。主要研究方向为增材制造创新设计与应用，设计的产品多次获得全国性学会及行业大奖，在增材制造创新设计与应用方面具有丰富的经验和独到的见解。
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