中國領跑神奇的“3D打印”

中國的鈦合金激光成形技術起步較晚，直到1995年美國解密其研發(fā)計劃3年后才開始投入研究,。早期基本屬于跟隨美國的學習階段,，不過卻后來居上，其中,，中航激光技術團隊取得的成就最為顯著,。“觀察者網(wǎng)”文章表示,，早在2000年前后,，中航激光技術團隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發(fā)，解決了多項世界技術難題,、生產出結構復雜,、尺寸達到4米量級、性能滿足主承力結構要求的產品,。

目前,，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造,、應用的國家,。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產的鈦合金結構部件迅速成為中國航空力量的一項獨特優(yōu)勢,，目前,，中國先進戰(zhàn)機上的鈦合金構件所占比例已超過20%。

如果與傳統(tǒng)制造技術做一個對比,，就會對中國近年新飛機接連亮相的原因有個大概了解,。傳統(tǒng)鈦合金零件制造，主要依靠鑄造和鍛造,，其中鑄造零件用于大尺寸制造,，美國F-22戰(zhàn)機的主要承力部件便是大型鑄造鈦合金框，但鑄造的零件重量較大且無法加工成精細的形狀,；鍛造切削精度較好,，但零件制造浪費嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉,。讓飛機制造商頭疼的是,，由于受到機器的限制,，鍛造鈦合金的尺寸也不能過大。3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件,，即使世界最大的8萬噸水壓機,，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。而且這兩種技術都無法制造復雜的鈦合金構件,，而焊接則會遇到可怕的鈦合金腐蝕現(xiàn)象,。

激光鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題，它節(jié)約了90%的昂貴的原材料,，還不需要制造專用模具,，原本相當于材料成本1-2倍的加工費現(xiàn)在只需原來的10%。加工1噸重的鈦合金復雜結構件,，傳統(tǒng)工藝成本大約2500萬元,，而激光3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右，僅是傳統(tǒng)工藝的5%,。

更重要的是,，許多復雜結構的鈦合金構件可以通過3D打印的方式一體成型，不僅節(jié)省了工時,，還大大提高了材料強度,。“觀察者網(wǎng)”文章表示,，美國F-22戰(zhàn)機的鈦合金鍛件如果使用中國的3D打印技術制造,，在強度相當?shù)那闆r下，重量最多可減少40%,。文章表示,，在航空領域，在中航成飛和沈飛的下一代戰(zhàn)斗機設計研發(fā)中,，激光鈦合金成形技術已得到廣泛運用,。通過這一技術，正在研制的兩型第五代戰(zhàn)斗機殲-20和殲-31采用鈦合金的主體結構,，成功降低了飛機的結構重量,，提高了戰(zhàn)機的推重比；沈飛在一年之內連續(xù)組裝出殲-15,、殲-16,、殲-31等多型戰(zhàn)斗機并試飛，很大程度上得益于鈦合金3D打印的低成本和快速,、便捷,。

此外,，中國民用航空制造業(yè)也開始應用這一技術,。在西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室下設的激光制造工程中心，通過激光立體成型技術為將于2014年投產、2016年投入運營的國產客機C-919制造了鈦合金翼梁,，長度超過5米,。除制造外，這些部件即使出現(xiàn)問題,，也可以使用同樣的技術進行修復,，而無需重新制造，這將可以節(jié)省大量用于更換受損部件的費用,。憑借激光鈦合金成形技術,，中國在航空材料科學領域第一次走在了世界先進水平的前列，正因為如此,，今年1月18日,，國務院向“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”頒發(fā)國家技術發(fā)明獎一等獎。