《開講啦》殲15 總設(shè)計師透漏3D打印在一種型材上節(jié)省5億元

2017年4月26日,，我國第二艘航空母艦正式下水，標志著我國自主設(shè)計建造航空母艦取得重大階段性成果,，而我國首款航母艦載機殲-15再度引起關(guān)注。5月27日，由央視《開講啦》特別策劃“壯志凌云,，藍天亮劍”系列節(jié)目,，殲-15艦載機總設(shè)計師孫聰為我們分享戰(zhàn)斗機設(shè)計背后的故事，3D打印技術(shù)在殲15的設(shè)計中起到了什么樣至關(guān)重要的作用,。

在演講中,，殲-15艦載機總設(shè)計師孫聰院士讓人震驚的表示：要做一個鈦合金的型材，全飛機加起來只要20公斤,，但是光需要拉伸機的投入5億元,，而且之前一個5公斤鈦合金航空異型件，就需要100公斤的材料,，95公斤都是鐵屑扔掉了,，浪費率高達驚人的95%。而采用3D打印增材技術(shù),，可能只要6公斤,，稍微一切削就可以使用了。

“早期的時候,，我們有一個項目,，要實現(xiàn)材料全部國產(chǎn)，研制一型飛機,。其中我們有一個叫鈦合金的型材,，全機的飛機加在一起就要用二十公斤，就要投資五個億的拉伸機,，才能把這個型材拽出來,。當(dāng)時我們就想兩種出路，一種就是不用鈦合金,，能不能用高強度的,，又耐高溫，強度又相當(dāng)?shù)臇|西來代替,。還有一種就是說我們不用這種加工工藝行不行,。

在這個時候，北航的王華明老師,，現(xiàn)在也是我們工程院的王華明院士,，帶著一個小核桃，一個3D打印的鈦合金小核桃來找我,。他說我用激光一點一點地把它加工出來的,，激光堆焊出來的。后來我們說那你能不能給我們用這個工藝焊一個鈦合金出來,。結(jié)果他回去用了三個月的時間,，就做了這么一段鈦合金的小樣件,。我們經(jīng)過力學(xué)的一個測試，覺得它完全可以代替這個鍛鑄件的水平,。這件事兒,，當(dāng)時我們國家在鈦合金3D打印技術(shù)上，它是一個啟蒙,，一個奠基,。這種技術(shù)對這種異型結(jié)構(gòu)，就不是正規(guī)有規(guī)律的形狀,，這種結(jié)構(gòu)做起來是非常簡捷的,，也非常快速,。

王華明教授

另外它是增材制造,，也是我們低成本制造的一個方面。過去特別是我們航空的這個結(jié)構(gòu)件兒,，一般是一百公斤的材料,，摳到最后只有五公斤是有用的，九十五公斤都是鐵屑扔掉了,。所以說用這個3D打印的增材制造的方式,，就是一點點，可能漲到六公斤,，稍微一切削就可以來使用了,，這也是低成本的一種方式。最后我們的3D打印實際上是獲得了國家科技發(fā)明的一等獎,�,！�
相信大家對王華明院士都不陌生，據(jù)南極熊了解,，王華明院士研制的金屬構(gòu)件激光熔化沉積增材制造技術(shù)自2005年以來已在殲-15,、運-20、殲-11B,、殲-31,、C919等7種飛機、東風(fēng)XX等3種導(dǎo)彈,、遙感24等2種衛(wèi)星,、FWS13等3種航空發(fā)動機和1型燃氣輪機等重點型號研制生產(chǎn)中工程應(yīng)用并發(fā)揮關(guān)鍵作用。在殲-15戰(zhàn)機上,，其前起落架大型整體鈦合金支撐框尺寸大,，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以整體成形制造,，而利用激光增材制造的鈦合金構(gòu)件目前已經(jīng)累計飛行起降10000余架次,，工作正常,。
在運-20研制中，激光增材制造技術(shù)在7天內(nèi)完成6種機身/主起落架接頭大型主承力構(gòu)件的快速制造,，確保了飛機如期首飛,；成果被確定為飛機“降成本計劃”的主要途徑,，主起落架支柱,、翼/身對接框、尾翼懸掛操縱一體接頭等8大類,、28種大型復(fù)雜整體鈦合金關(guān)鍵主承力構(gòu)件通過工程驗證考核并陸續(xù)安計劃裝機應(yīng)用,。國產(chǎn)大飛機C919同樣運用了3D打印鈦合金零件，主要用在飛機主風(fēng)擋窗框,、機翼和機體銜接部位,。除此之外，他主持研究的新型特種涂層還應(yīng)用于某航空發(fā)動機矢量噴管高溫重載驅(qū)動機構(gòu),，累計試車216小時,，無明顯磨損，而傳統(tǒng)方案試車10余小時最大磨損深度達2mm,。
王華明評上院士 都做了哪些3D打印研究,？
【熊視頻】王華明院士的北京煜鼎增材，２米大金屬3D打印件

傳統(tǒng)制造方式不僅僅是浪費材料的問題,，制造成本更是高得出奇,。孫聰院士透露的信息更讓人震驚：飛機上用的鈦合金型材，全機加起來20公斤,，卻需要投資5個億的拉伸機,，才能把這個型材拽出來。還好,，近年來,，在我國新型飛機研制過程中，3D打印低成本制造技術(shù)成為了新手段,。據(jù)孫聰院士介紹,，對鈦合金異型結(jié)構(gòu)件，就是沒有規(guī)律和形狀的結(jié)構(gòu)件,，3D打印技術(shù)做起來非常簡捷,，而且非常快速,。

其實在此前的央視采訪中,，孫聰院士也對3D打印在戰(zhàn)斗機上的應(yīng)用情況進行過具體介紹：在起落架上，之前需要螺釘進行連接的兩個或者多個部件,，通過3D打印技術(shù)可以一次成型,；保證足夠強度的同時,，既減輕了重量，還降低了加工難度,。此前需要焊接才能完成的三通管路,，通過3D打印技術(shù)能夠直接制造出一體結(jié)構(gòu)，省去了之前焊接的流程,，提高了成品化率,。

孫聰院干對于3D打印在新機上的應(yīng)運，只是舉了兩個具體的例子,，其實,，3D打印對飛機結(jié)構(gòu)的減重起著巨大的作用，中國現(xiàn)有的3D打印技術(shù)已經(jīng)可以打印飛機的一些承力框部件,、飛機用鈦合金,、航空發(fā)動機重要部件過渡鍛等。西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授帶領(lǐng)的金屬3D打印創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊,，已經(jīng)可以打印出C919大飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件,，在我國新型戰(zhàn)機上的應(yīng)用自然少不了3D打印技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展,，零件構(gòu)造越來越復(fù)雜,，力學(xué)性能要求越來越高，重量卻要求越來越輕,，通過傳統(tǒng)工藝很難制造,。而3D打印則可以滿足這些需求。

據(jù)悉,，中航集團沈陽所利用國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計新技術(shù),、新型結(jié)構(gòu)材料和新工藝將蘇-27改進為殲-11B并裝備部隊，該機實現(xiàn)成噸減重,，飛機結(jié)構(gòu)強度和推重比明顯提高,。這里面，3D打印技術(shù)功不可沒,。

我國空軍級試飛員專家李中華,，被稱為中國大氣層內(nèi)飛行速度最快的人，可是他第一次在艦載機模擬器上著艦也沒有成功,。孫聰透露,，因為陸基飛機和艦載機的飛行策略是不同的，因此,，中國的艦載機研發(fā)還承擔(dān)著飛行員的培養(yǎng)工作,。這項工作的重要性和難度不亞于飛機研發(fā)本身，因為艦載機的起降在空間、速度上有嚴苛的要求,，而且需要跟航母的速度,、甲板風(fēng)的速度結(jié)合在一起，完成“精準”的起降,，稍有不慎,，就會造成無法挽回的后果。孫聰?shù)膱F隊悉心研究了國外艦載機起降失事的事故,，從中總結(jié)出了一套我們國家自己的訓(xùn)練方法,，也正是對飛行員的同步培養(yǎng)工作，使得殲-15的成功著艦令西方人大吃一驚,。

                     

回首34年航空軍工生涯,，更喜歡用平淡而誠摯的表達作演講的孫聰,，精簡地提煉了一個“三心二義”的心得,。什么是“三心二義”呢？孫聰表示,，年輕人想做好一件事,，需要有目標堅定的雄心、耐得住寂寞的耐心,、以小及大的責(zé)任心,，更重要的是，要講“俠義”和“情義”,，做一個智商和情商兼具的年輕人,。