袁忠大，原印璞，吴沂铮，李世杰，马皓彬，刘润发

（1.广州民航职业技术学院 飞机维修工程学院,广州510403；2.厦门航空有限公司 福州分公司，福州 350011）

1 前言

2014年，中国某航空公司第一批全新波音737客机印错了座位标识，虽然是个小错误但却会严重影响旅客的乘机体验。只能临时购买替代的部件但花费不菲，且需要耗费大量时间，会给公司造成很大经济损失。

因此工程师们开始尝试使用3D打印技术，新标识在三天之内就打印完毕，但所用材料是市面上普通的3D打印用塑料，无法满足狭小密闭机舱对材料防火阻燃性能的要求[1,2]。

所以在材料满足防火阻燃要求的基础上，采用3D打印进行飞机维修，它能帮助我们高效而有创意地解决我们遇到的难题。

2 国内外研究现状

2.1 国内外3D打印技术在航空维修中的应用优势

在航空维修中，其零部件的制造加工要求非常多，如减轻重量、缩短研制周期、结构复杂、延长使用寿命、提高经济性等。3D打印技术在很短时间内就能打印出所需零部件，既不需存储大量零部件，也不需大规模的生产线，制造出来的零部件适合用于多品种、小批量、结构复杂、原材料价值量高的结构制造。因此，3D打印技术用于航空维修，主要有以下应用优势[3,4]。

（1）解决航材库存问题

随着3D打印技术的发展，从产品全过程分析，3D打印技术使零部件只需保存电子文档，不再需要制造出来存在仓库，不需要大量生产，大幅度降低航材库存过量、不足的问题。

（2）减轻重量、缩短研制周期

据统计，很多情况下3D打印技术只需要传统制造法十分之一的材料。而且3D打印技术生产出的零件更加精细轻盈，作为增材制造技术，可实现无缝焊接、铆接等组装工艺，减少螺栓连接件，较传统的切削加工技术，重量得到减轻。3D打印技术将复杂形状的设计方案通过计算机图形数据快速加工生成实体产品，从而研制周期得到缩短。

（3）缩短供应链

随着3D打印技术的不断发展，该技术在航空维修领域将得到广泛应用。在实施维修过程时，需要更换什么零部件，只需把它打印出来。按照需要制造出结构复杂的零件、确保交货时间的同时，3D打印技术通过摒弃生产线，将缩短生产周期、缩短产品供应链，从而大幅降低维修成本。

2.2 国内外3D打印塑料在防火阻燃性能方面的不足

上述为3D打印技术在航空维修中的应用优势，但目前国内外在飞机客舱塑料部件维修中，尚不能用3D打印技术实现[5-7]，原因在于市面上的3D打印材料无防火阻燃能力或效果较差，用此类材料打印的零部件（如客舱逃生指示牌、旅客小桌板等），无法满足民航法规FAR25.853和CCAR25.853部的相关要求。

2.3 研究发展趋势分析

随着“中国制造2025”的持续推进，在可预见的未来五至十年内，各大航空公司将会成立增材制造实验室，增材制造实验室将转变为一个日益壮大的先进的制造部门，促进我国由民航大国向民航强国转变。作为一个与传统制造的互补工艺，未来3D打印将被更多航空公司所接受。

航空公司想要成立增材制造实验室，关键一环在于能否研发出满足FAR25.853和CCAR25.853部相关要求的3D打印防火阻燃材料。增材制造实验室可促成航空公司的业务转型，从仅仅提交需求到部件设计再到生产。实验室可开发很多客舱部件，例如座椅扶手、门把手盖板、行李架锁扣等。

此外，许多飞行员更愿意使用电子飞行包而不是到处找厚重的飞行手册，故可设计并使用防火阻燃材料3D打印出电子飞行包支撑装置。

可见，在材料满足防火阻燃要求的基础上，采用3D打印进行飞机维修，它能帮助我们高效而有创意地解决飞机维修中的关键问题，从而为航空公司创造不可估量的安全效益和经济效益。

3 实施方案

3.1 制备陶瓷树脂

（1）以陶瓷纳米颗粒作为树脂填料，将光固化树脂聚氨酯丙烯酸酯与单体乙氧基乙基丙烯酸酯按照一定比例混合，并加入适宜种类及数量防火剂。混合后加入百分之五的光引发剂，混合均匀的树脂体系，在真空烘箱静置24小时得到防火阻燃陶瓷树脂。

（2）采用不同配比并加入其他辅料，制作出六组防火阻燃陶瓷树脂，用3D打印机分别加工出不同飞机客舱零部件。

（3）对上述六组试样分别进行垂直燃烧和氧指数实验，测试每组防火阻燃陶瓷树脂的阻燃性能，测试其防火等级，并对其进行强度分析，最后得出结论。

3.2 实验验证

将上述制备完毕的样品提交至有消防检测资质的机构进行有效的实验验证，分析实验报告，并得出实验结论。

3.3 拓展应用

在上述实验验证的基础上，进一步将实验样品扩展至飞机客舱内部部件，例如小桌板及逃生指示牌等，团队成员用3D软件绘制的飞机客舱零部件如图1-3所示。2022年04月，项目团队参加第十三届“挑战杯”广东大学生创业计划竞赛，在全省两千多个项目中荣获铜奖。

图1 飞机客舱旅客座位标识牌

图2 飞机客舱逃生指示牌

图3 飞机客舱小桌板

4 结论

本研究的特色与创新之处：

（1）研究视角创新

3D打印技术在国内外已有多年的发展，屡见不鲜，但所用的打印材料均不具备防火阻燃功能。在此情况下，研发具有防火阻燃功能的新材料，并将其运用到飞机客舱维修中，体现了团队人员独特的研究视角。

（2）研究针对性强

本项目通过针对性地调研航空公司客舱一线维修，发现其中存在的维修需求，然后研究具有防火阻燃功能的3D打印用陶瓷树脂，并将其应用于飞机客舱维修中，可针对性解决航空公司在飞机维修中遇到的困难，有效提高航空公司的安全效益和经济效益。