[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2015-03-21 | 瀏覽:1293次 ]

今年3月在剛剛結(jié)束的全國(guó)兩會(huì)上，全國(guó)政協(xié)委員、殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰透露了中國(guó)軍工迅速發(fā)展的秘密——領(lǐng)先世界的3D打印技術(shù)。一些分析人士稱，中國(guó)可能已經(jīng)在殲-20和殲-31兩種隱身戰(zhàn)斗機(jī)上采用了超大尺寸激光增材鈦合金構(gòu)件，其體積可能已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)激光增材技術(shù)的最高水平。

目前，中國(guó)已具備了使用激光成形超過(guò)12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)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(gòu)件制造、應(yīng)用的國(guó)家。

傳統(tǒng)數(shù)控制造主要是“去除型”，即在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品，而3D打印則顛覆了這一觀念，無(wú)需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)一層層增加材料的方法直接造出任何形狀的物體，這不僅縮短產(chǎn)品研制周期、簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造程序，提高效率，而且大打降低了成本，因此被稱為“增材制造”。（圖為F-15戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金整體框的水壓機(jī)成形模具）。

美國(guó)空軍一下子就被這種新技術(shù)吸引，他們認(rèn)為，如果將這種技術(shù)用在武器制造上，產(chǎn)生的威力將是驚人的。在航空工業(yè)上廣泛被使用的一種金屬是鈦，它的密度只有鋼鐵的一半，強(qiáng)度卻遠(yuǎn)勝于絕大多數(shù)合金，如果通過(guò)激光將鈦熔化并一層層噴出飛機(jī)來(lái)，無(wú)疑將大大提高美國(guó)戰(zhàn)機(jī)的制造速度。

為此，1985年，在五角大樓主導(dǎo)下，美國(guó)秘密開(kāi)始了鈦合金激光成形技術(shù)研究，1992年這項(xiàng)技術(shù)才公之于眾。（小圖為美國(guó)F-22戰(zhàn)機(jī)的鈦合金整體式承力框，它曾經(jīng)是世界上最大的一體式鈦合金構(gòu)件）。

不過(guò)，由于在制造過(guò)程中鈦合金變形、斷裂的技術(shù)難題無(wú)法解決，美國(guó)始終無(wú)法生產(chǎn)高強(qiáng)度、大尺寸的激光成形鈦合金構(gòu)件。2005年，美國(guó)從事鈦合金激光成型制造業(yè)務(wù)的商業(yè)公司Aeromet由于始終無(wú)法生產(chǎn)出性能滿足主承力要求的大尺寸復(fù)雜鈦合金構(gòu)件，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的市場(chǎng)應(yīng)用而倒閉。美國(guó)的其他國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法攻克這一難題，只能進(jìn)行小尺寸鈦合金部件的打印或進(jìn)行鈦合金零件表面修復(fù)。

我國(guó)于1999年開(kāi)始金屬零件的激光快速成形技術(shù)研究，在國(guó)家“863”、“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等的大力支持下，集中開(kāi)展了鎳基高溫合金及多種鈦合金的成形研究，形成了多套具有工業(yè)化示范水平的激光快速成形系統(tǒng)和裝備；掌握了金屬零件激光快速成形的關(guān)鍵工藝及組織性能控制方法，所成形的TC4、TA15、TA12等鈦合金及Inconel 718合金的力學(xué)性能均達(dá)到或超過(guò)鍛件的水平，為該技術(shù)在上述材料零件的直接制造方面奠定了基礎(chǔ)。

近年來(lái)，我國(guó)在飛機(jī)鈦合金大型整體結(jié)構(gòu)件的激光快速成形方面取得了重要突破，有效解決了激光快速成形鈦合金大型整體結(jié)構(gòu)件的變形開(kāi)裂及內(nèi)部質(zhì)量控制兩大技術(shù)難題，通過(guò)對(duì)鈦合金零件凝固組織的有效控制，所成形的飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的綜合力學(xué)性能達(dá)到或超過(guò)鈦合金模鍛件，已通過(guò)裝機(jī)評(píng)審并得到應(yīng)用。

中國(guó)的鈦合金激光成形技術(shù)起步較晚，直到1995年美國(guó)解密其研發(fā)計(jì)劃3年后才開(kāi)始投入研究。早期基本屬于跟隨美國(guó)的學(xué)習(xí)階段，不過(guò)卻后來(lái)居上，其中，中航激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)取得的成就最為顯著。

早在2000年前后，中航激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)就已開(kāi)始投入“3D激光焊接快速成型技術(shù)”研發(fā)，解決了多項(xiàng)世界技術(shù)難題、生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸達(dá)到4米量級(jí)、性能滿足主承力結(jié)構(gòu)要求的產(chǎn)品。

目前，中國(guó)已具備了使用激光成形超過(guò)12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)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(gòu)件制造、應(yīng)用的國(guó)家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國(guó)生產(chǎn)的鈦合金結(jié)構(gòu)部件迅速成為中國(guó)航空力量的一項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前，中國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)上的鈦合金構(gòu)件所占比例已超過(guò)20%。

在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的投入來(lái)制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印這種增材制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技術(shù)，殲-15戰(zhàn)斗機(jī)至今能否首飛都很難講。

報(bào)道稱，于2012年10月至11月首飛成功的機(jī)型，廣泛使用了3D打印技術(shù)制造鈦合金主承力部分，包括整個(gè)前起落架。

用3D打印技術(shù)制造戰(zhàn)機(jī)，中國(guó)并不是第一家。1984年，美國(guó)開(kāi)發(fā)出從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)打印出3D物體的技術(shù)，并在2年后開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)商業(yè)3D打印機(jī)。之所以叫“打印機(jī)”，是因?yàn)樗梃b了打印機(jī)的噴墨技術(shù)，只不過(guò)，普通的打印機(jī)是在紙上噴一層墨粉，形成二維(2D)文字或圖形，而3D打印則能“打”出三維的立體實(shí)物來(lái)。