3D打印助推中国新战机研制 五股值得关注

　　媒体称歼20歼31运用3D打印技术降低结构重量

　　全国两会上汇集着中国最耀眼的各路“明星”，这当然包括全国政协委员、中航工业副总工程师、中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪。2012年11月，歼-15舰载机在中国首艘航母“辽宁舰”成功起降，让这位科技明星成了记者追逐的对象。

　　“对不起，对不起，这些真不能说”，面对记者提出的几个有关舰载机的问题，担心一开口就说出秘密的孙聪始终微笑着守口如瓶，但还是在不死心的记者“逼问”下，透露了不少“秘密”。

　　“我想说的是，2012年是我国中航工业和我国航空工业井喷之年。让世界震惊的不光是技术，更因为航空工业发展体现了中国速度”，面对《科技日报》的专访，孙聪说。作为我国自行设计研制的首型舰载多用途战斗机，歼-15可以说 “高起点，高起步，从一无所有一下子跨越到第三代战斗机的舰载机，歼-15达到美国最先进的第三代舰载机‘大黄蜂’的技术水准。”

　　从没有技术储备、技术规范、经验、人才队伍的一张白纸做起，歼-15如何实现这一飞跃？孙聪透露，歼-15项目率先采用了数字化协同设计理念：三维数字化设计改变了设计流程，提高了试制效率；五级成熟度管理模式，冲破设计和制造的组织壁垒，而这与3D打印技术关系紧密。他透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已应用于新机试制过程，主要是主承力部分。

　　在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技术，歼-15战斗机至今能否首飞都很难讲。

　　“钛合金3D打印技术已用于新机研制”，这一条消息立刻成为媒体瞩目的焦点。《京华时报》引述孙聪的话说，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。报道称，于去年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。“2002年，3D打印技术刚萌芽时，我们就进行相关技术研发，通过与北航的合作，目前已具备一定产业能力。”

　　同时担任“鹘鹰”飞机(歼-31)总设计师的孙聪透露另一个好消息，希望“鹘鹰”飞机未来和歼-20进行高低任务搭配，保持持续打击能力，同时也希望“鹘鹰”的改进版能成为中国下一代舰载机。相信在3D打印技术的支持下，这一天也会很快到来。

　　美国空军敏锐抓住“3D打印”

　　用3D打印技术制造战机，中国并不是第一家。1984年，美国开发出从数字数据打印出3D物体的技术，并在2年后开发出第一台商业3D打印机。之所以叫“打印机”，是因为它借鉴了打印机的喷墨技术，只不过，普通的打印机是在纸上喷一层墨粉，形成二维(2D)文字或图形，而3D打印则能“打”出三维的立体实物来。

　　以一个手电筒为例，3D打印机能通过电脑将手电筒进行立体扫描，创建三维设计图，之后对这个立体原型进行“切片”，分成一层一层的，之后，打印机就将原材料按照设计图一层一层地“喷”上去，直到最终造出一个手电筒来，只不过3D打印机喷出的不是墨粉，而是融化的树脂、金属或者陶瓷等材料。

　　传统数控制造主要是“去除型”，即在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品，而3D打印则颠覆了这一观念，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过一层层增加材料的方法直接造出任何形状的物体，这不仅缩短产品研制周期、简化产品的制造程序，提高效率，而且大打降低了成本，因此被称为“增材制造”。

　　美国空军一下子就被这种新技术吸引，他们认为，如果将这种技术用在武器制造上，产生的威力将是惊人的。在航空工业上广泛被使用的一种金属是钛，它的密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金，如果通过激光将钛熔化并一层层喷出飞机来，无疑将大大提高美国战机的制造速度。为此，1985年，在五角大楼主导下，美国秘密开始了钛合金激光成形技术研究，1992年这项技术才公之于众，在2002年，美国已将激光成形钛合金零件装上了战机。

　　不过，由于在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年，美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，没能实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题，只能进行小尺寸钛合金部件的打印或进行钛合金零件表面修复。

　　中国领跑神奇的“3D打印”

　　中国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年后才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习阶段，不过却后来居上，其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。“观察者网”文章表示，早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。

　　目前，中国已具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家。在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空力量的一项独特优势，目前，中国先进战机上的钛合金构件所占比例已超过20%。

　　如果与传统制造技术做一个对比，就会对中国近年新飞机接连亮相的原因有个大概了解。传统钛合金零件制造，主要依靠铸造和锻造，其中铸造零件用于大尺寸制造，美国F-22战机的主要承力部件便是大型铸造钛合金框，但铸造的零件重量较大且无法加工成精细的形状；锻造切削精度较好，但零件制造浪费严重，原料的95%都会被作为废料切掉。让飞机制造商头疼的是，由于受到机器的限制，锻造钛合金的尺寸也不能过大。3万吨大型水压机只能锻造不超过0.8平方米的零件，即使世界最大的8万吨水压机，锻造的零件尺寸也不能超过4.5平方米。而且这两种技术都无法制造复杂的钛合金构件，而焊接则会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。