殲-15、殲-16、殲-20、殲-31……近年來，中國(guó)軍事科技突飛猛進(jìn)，以先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)為代表的各種尖端武器密集亮相，讓世界看花了眼。近日，在全國(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)。這項(xiàng)被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》認(rèn)為“將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”的技術(shù)，早已引發(fā)美國(guó)、歐洲諸國(guó)的激烈鏖戰(zhàn)，“戰(zhàn)火”從太空一直蔓延到器官移植，從F-35、F-22等先進(jìn)武器“燒”到每個(gè)人的日常用品，現(xiàn)在中國(guó)竟后來居上，確實(shí)讓美歐大吃一驚，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。
全國(guó)兩會(huì)上匯集著中國(guó)最耀眼的各路“明星”，這當(dāng)然包括全國(guó)政協(xié)委員、中航工業(yè)副總工程師、中國(guó)航母艦載機(jī)殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰。2012年11月，殲-15艦載機(jī)在中國(guó)首艘航母“遼寧艦”成功起降，讓這位科技明星成了記者追逐的對(duì)象。“對(duì)不起，對(duì)不起，這些真不能說”，面對(duì)記者提出的幾個(gè)有關(guān)艦載機(jī)的問題，擔(dān)心一開口就說出秘密的孫聰始終微笑著守口如瓶，但還是在不死心的記者“逼問”下，透露了不少“秘密”。
“我想說的是，2012年是我國(guó)中航工業(yè)和我國(guó)航空工業(yè)井噴之年。讓世界震驚的不光是技術(shù)，更因?yàn)楹娇展I(yè)發(fā)展體現(xiàn)了中國(guó)速度”，面對(duì)記者孫聰如是說。作為我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的首型艦載多用途戰(zhàn)斗機(jī)，殲-15可以說“高起點(diǎn)，高起步，從一無所有一下子跨越到第三代戰(zhàn)斗機(jī)的艦載機(jī)，殲-15達(dá)到美國(guó)最先進(jìn)的第三代艦載機(jī)‘大黃蜂’的技術(shù)水準(zhǔn)。”
從沒有技術(shù)儲(chǔ)備、技術(shù)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)、人才隊(duì)伍的一張白紙做起，殲-15如何實(shí)現(xiàn)這一飛躍？孫聰透露，殲-15項(xiàng)目率先采用了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)理念：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)流程，提高了試制效率；五級(jí)成熟度管理模式，沖破設(shè)計(jì)和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術(shù)關(guān)系緊密。他透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于新機(jī)試制過程，主要是主承力部分。
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。
“鈦合金3D打印技術(shù)已用于新機(jī)研制”，這一條消息立刻成為媒體矚目的焦點(diǎn)。引述孫聰?shù)脑捳f，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已廣泛用于新機(jī)設(shè)計(jì)試制過程。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。“2002年，3D打印技術(shù)剛萌芽時(shí)，我們就進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)，通過與北航的合作，目前已具備一定產(chǎn)業(yè)能力。”
同時(shí)擔(dān)任“鶻鷹”飛機(jī)(殲-31)總設(shè)計(jì)師的孫聰透露另一個(gè)好消息，希望“鶻鷹”飛機(jī)未來和殲-20進(jìn)行高低任務(wù)搭配，保持持續(xù)打擊能力，同時(shí)也希望“鶻鷹”的改進(jìn)版能成為中國(guó)下一代艦載機(jī)。相信在3D打印技術(shù)的支持下，這一天也會(huì)很快到來。
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”。
以一個(gè)手電筒為例，3D打印機(jī)能通過電腦將手電筒進(jìn)行立體掃描，創(chuàng)建三維設(shè)計(jì)圖，之后對(duì)這個(gè)立體原型進(jìn)行“切片”，分成一層一層的，之后，打印機(jī)就將原材料按照設(shè)計(jì)圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個(gè)手電筒來，只不過3D打印機(jī)噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。
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，如果通過激光將鈦熔化并一層層噴出飛機(jī)來，無疑將大大提高美國(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。
不過，由于在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術(shù)難題無法解決，美國(guó)始終無法生產(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)。
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，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。
我國(guó)于1999年開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，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)件的變形開裂及內(nèi)部質(zhì)量控制兩大技術(shù)難題，通過對(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)到或超過鈦合金模鍛件，已通過裝機(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，不過卻后來居上，其中，中航激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(shù)團(tuán)隊(duì)就已開始投入“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20%。
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