中國航空3D打印部分技術世界領先

孤寂如雲

此前曾有報道稱中國殲20部分零件使用3D打印技術（資料圖片）

近日，一架采用了3D打印技術生產的零件的“狂風”戰鬥機完成試飛，這被英國媒體視為航空制造領域大規模使用3D打印技術的標誌性事件。實際上，目前3D打印技術已經在多國、多種飛機上得到了廣泛使用。中國航空工業部門在3D打印的部分應用領域已經進入世界第一集團。不過，專家認為，3D打印技術並非萬能，短時間內3D打印還無法完全代替傳統的加工制造業。


打印版“狂風”戰機首飛

英國《每日電訊報》網站5日報道稱，英國防務巨擘BAE系統公司“最近加入了利用3D打印技術幫助制造戰鬥機部件的公司行列”。 該公司稱，使用了通過3D打印技術制造的部件的“狂風”戰鬥機在上個月進行了成功試飛。這為戰機制造過程中廣泛使用3D打印技術鋪平了道路。報道稱，這次飛行意義重大，因為這被視為使用類似部件制造的作戰飛機的第一次飛行。報道稱，這些零部件包括座艙無線電整流罩和起落架的部分結構以及進氣道支架，它們均在皇家空軍基地的一處設施內生產，一年的維護和修理成本將節省數十萬英鎊。

在航空航天領域使用3D打印技術已經成為世界各國航空航天機構的潮流。據《每日電訊報》報道，羅·羅公司去年稱，它計劃使用3D打印技術生產部分飛機噴氣發動機的部件，而美國NASA最近測試了使用3D打印技術研制的火箭發動機部件。


貫穿飛機研發全過程

據報道，3D打印技術最初發展於1980年代，從2010年開始在商業方面得到了廣泛使用。目前3D打印技術在飛機的設計、制造和維護全過程中都得到有效應用。在研制階段，可以通過3D打印技術制造其等比例模型;而在制造階段，3D打印技術可用於加工制造關鍵零部件;在維修過程中，可通過3D打印技術，用同一材料將缺損部位修補成完整形狀，修復後的零件性能不受影響，大大節約了時間和金錢。

目前的3D打印技術通常分為4類，包括固化成形技術、疊層實體制造技術、熔融沈積造型技術和激光燒結技術。航空制造領域最前沿的3D打印技術當屬高性能金屬構件激光成型技術，該技術是以合金粉末為原料，通過激光熔化逐層堆積，從零件數模一步完成高性能大型復雜構件的成型。其優勢在於能夠制造出采用傳統鑄造和機械加工方法難以獲得的復雜結構件，且很少或幾乎沒有材料浪費。例如，美國的F-22飛機中尺寸最大的鈦合金整體加強框所需毛坯模鍛件重達2796公斤， 而實際成形零件重量不足144公斤，造成大量的原材料損耗。

另外，3D打印技術所需的制造設備相對單一。傳統方法通常需要大規格鍛坯加工及大型鍛造模具制造、萬噸級以上的重型液壓鍛造裝備，制造工藝復雜，生產周期長，在鑄造毛坯模鍛件的過程中會消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。而激光3D打印技術能克服上述缺點。航空航天裝備中的零件構造越來越復雜，力學性能要求越來越高，通過傳統工藝很難制造。而3D打印則可以滿足這些需求。


中國3D打印技術進入第一集團

中國航空業在3D打印技術上已經走在了前列，多個型號飛機使用了3D打印部件，部分技術已經達到世界領先水平。

中航工業的資料顯示，從2001年起，我國開始重點發展以鈦合金結構件激光快速成型技術為主的激光3D打印技術。中國首款艦載機殲-15的總設計師孫聰此前接受媒體采訪時曾透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術已廣泛用於新機設計試制過程。其中於2012年10月至11月首飛成功的機型，廣泛使用了3D打印技術制造鈦合金主承力部分，包括整個前起落架。目前，我國成為世界上繼美國之後第二個掌握飛機鈦合金結構件激光快速成型及技術的國家。

此外，由北航等單位組成的團隊制造出了迄今世界尺寸最大的飛機鈦合金大型結構件激光快速成型工程化成套設備。該團隊利用激光快速成型技術制造出我國自主研發的大型客機C919的主風擋窗框。此外， 西北工業大學凝固技術國家重點實驗室發展的“激光立體成型”3D打印技術已經用於國產大飛機C919的制造。中國利用激光打印直接制造C919飛機的中央翼根肋，傳統鍛件毛坯重達1607公斤，而利用激光成型技術制造的精坯重量僅為136公斤，節省了91.5%的材料，經過測試，其性能比傳統鍛件還要好。

不過有專家認為，3D打印技術短時間還無法完全代替傳統加工制造業。就以激光3D打印技術來說，它比較適合高性能的昂貴部件，別的手段做不出來的零部件。

環球時報