3D打印幫助中國造飛機

最近兩年，3D打印在國內外受到前所未有的關注，也有一些3D打印技術打印出來的東西問世。很多人不知道的是，其實最近一些年，在航空材料領域，我們研發的3D打印技術和其應用已經走到了世界前列。

很多人不知道的是，現在中國最大的3D打印機已經能打印出高性能、難加工的大型飛機復雜整體關鍵構件，并且中國第一款本土商用客機C-919、第一款艦載戰斗機殲-15、多用途戰斗轟炸機殲-16、第一款本土隱形戰斗機殲-20及第五代戰斗機殲-31的研發均使用了3D打印技術。現在僅需55天，中國就可以“打印出”C-919客機的主風擋整體窗框。歐洲一家飛機制造公司表示，他們生產同樣的東西至少要兩年，光做模具就要花200萬美元。當然，他們使用是傳統的生產飛機部件的方式。

傳統飛機鈦合金大型關鍵構件的制造方法是鍛造和機械加工，先要熔鑄大型鈦合金鑄錠、鍛造制坯、加工大型鍛造模具，然后再用萬噸級水壓機等大型鍛造設備鍛造出零件毛坯，最后再對毛坯零件進行大量機械加工。整個工序下來，耗時費力，有的構件，光大型模具的加工就要用一年以上的時間，要動用幾萬噸級的水壓機來工作，要大量供電，甚至還需要建電廠。另外傳統飛機制造業不僅耗時久，而且浪費太多材料。一般只有10%的原材料能被利用，剩下的在鑄模、鍛造、切割和拋光工序中就損失了。例如美國洛克希德·馬丁公司制造一架F-22戰斗機需要2796公斤鈦合金，但實際只有144公斤用到飛機上。

而使用3D打印技術打印飛機零部件，不需鑄模、鍛造和組裝等傳統制造工序的任何幫助。我們 通過計算機控制，用激光將鈦合金粉末熔化，并跟隨激光有規則地在金屬材料上游走，熔化的鈦合金粉末就會逐層堆積直接“生長”，直接根據零件模型一步完成大型復雜高性能金屬零部件的最終成型制造，從而就可以避免材料的浪費。這項技術宛如“變形金剛”，可以制造出飛機上絕大部分復雜形狀的大型零件或者部件，它的特點——高性能、低成本、

短周期正好彌補了傳統制造方法的不足，而且使得很多傳統方法不能做出的構件成為可能。并且，過去兩三年才能做好的復雜大型零件，現在兩三個月就能完成，而且只需兩三個人在實驗室里操作。

當然，利用3D打印技術打印一些需要承重或者會受到外界強力干擾的構件，其承載力是至關重要的問題。很多人擔心其力學性能比如承載力不如鑄造的構件。目前打印出來的一些非金屬物品，其就要比制造的產品粗糙得多，這主要是其使用的打印原材料顆粒較大所致，因此往往也不如制造的產品用得多。在3D打印進入材料領域，也的確存在這樣的問題，如果使用的金屬粉末顆粒較大，比如是厘米級別的，就會存在承載力不如鑄造產品的問題。而在航空材料領域，目前我們已經取得了技術突破，我們使用微米級別的鈦金屬顆粒，而后均勻打造出產品，其構件的承載力等力學性能就要比其鑄造件強得多。

目前的3D打印技術，在非金屬材料領域，我們和世界部分先進國家還有較大的差距，但是在金屬材料領域，從我們打造鈦合金飛機部件的技術來看，當前我們并不落后世界其他先進國家。

也許有人會問：航空發動機能否也通過3D打印技術打印出來？長期以來，因為不能制造出大型飛機的航空發動機，我國的航空制造業一直很難挺直腰桿，造國產大飛機的工程也讓很多人感到遺憾。我認為，指望3D打印技術解決這一問題并不現實。航空發動機是當今世界上最為前沿和尖端的科技，只有美國和歐洲少數國家可以掌握。最為關鍵的是，航空發動機不是制造出來的，其完全是不斷試驗出來的。目前，我國也正是在這個方面存在巨大的短板。而這也是3D打印技術無法解決的。

但這并不妨礙3D打印技術對我國飛機制造的巨大推動作用。目前，這項技術已經使我國成為世界上唯一突破飛機鈦合金大型主承力結構件激光快速成形技術、并實現裝機應用的國家。