3D打印帮助中国造飞机

最近两年，3D打印在国内外受到前所未有的关注，也有一些3D打印技术打印出来的东西问世。很多人不知道的是，其实最近一些年，在航空材料领域，我们研发的3D打印技术和其应用已经走到了世界前列。

很多人不知道的是，现在中国最大的3D打印机已经能打印出高性能、难加工的大型飞机复杂整体关键构件，并且中国第一款本土商用客机C-919、第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一款本土隐形战斗机歼-20及第五代战斗机歼-31的研发均使用了3D打印技术。现在仅需55天，中国就可以“打印出”C-919客机的主风挡整体窗框。欧洲一家飞机制造公司表示，他们生产同样的东西至少要两年，光做模具就要花200万美元。当然，他们使用是传统的生产飞机部件的方式。

传统飞机钛合金大型关键构件的制造方法是锻造和机械加工，先要熔铸大型钛合金铸锭、锻造制坯、加工大型锻造模具，然后再用万吨级水压机等大型锻造设备锻造出零件毛坯，最后再对毛坯零件进行大量机械加工。整个工序下来，耗时费力，有的构件，光大型模具的加工就要用一年以上的时间，要动用几万吨级的水压机来工作，要大量供电，甚至还需要建电厂。另外传统飞机制造业不仅耗时久，而且浪费太多材料。一般只有10%的原材料能被利用，剩下的在铸模、锻造、切割和抛光工序中就损失了。例如美国洛克希德·马丁公司制造一架F-22战斗机需要2796公斤钛合金，但实际只有144公斤用到飞机上。

而使用3D打印技术打印飞机零部件，不需铸模、锻造和组装等传统制造工序的任何帮助。我们 通过计算机控制，用激光将钛合金粉末熔化，并跟随激光有规则地在金属材料上游走，熔化的钛合金粉末就会逐层堆积直接“生长”，直接根据零件模型一步完成大型复杂高性能金属零部件的最终成型制造，从而就可以避免材料的浪费。这项技术宛如“变形金刚”，可以制造出飞机上绝大部分复杂形状的大型零件或者部件，它的特点——高性能、低成本、

短周期正好弥补了传统制造方法的不足，而且使得很多传统方法不能做出的构件成为可能。并且，过去两三年才能做好的复杂大型零件，现在两三个月就能完成，而且只需两三个人在实验室里操作。

当然，利用3D打印技术打印一些需要承重或者会受到外界强力干扰的构件，其承载力是至关重要的问题。很多人担心其力学性能比如承载力不如铸造的构件。目前打印出来的一些非金属物品，其就要比制造的产品粗糙得多，这主要是其使用的打印原材料颗粒较大所致，因此往往也不如制造的产品用得多。在3D打印进入材料领域，也的确存在这样的问题，如果使用的金属粉末颗粒较大，比如是厘米级别的，就会存在承载力不如铸造产品的问题。而在航空材料领域，目前我们已经取得了技术突破，我们使用微米级别的钛金属颗粒，而后均匀打造出产品，其构件的承载力等力学性能就要比其铸造件强得多。

目前的3D打印技术，在非金属材料领域，我们和世界部分先进国家还有较大的差距，但是在金属材料领域，从我们打造钛合金飞机部件的技术来看，当前我们并不落后世界其他先进国家。

也许有人会问：航空发动机能否也通过3D打印技术打印出来？长期以来，因为不能制造出大型飞机的航空发动机，我国的航空制造业一直很难挺直腰杆，造国产大飞机的工程也让很多人感到遗憾。我认为，指望3D打印技术解决这一问题并不现实。航空发动机是当今世界上最为前沿和尖端的科技，只有美国和欧洲少数国家可以掌握。最为关键的是，航空发动机不是制造出来的，其完全是不断试验出来的。目前，我国也正是在这个方面存在巨大的短板。而这也是3D打印技术无法解决的。

但这并不妨碍3D打印技术对我国飞机制造的巨大推动作用。目前，这项技术已经使我国成为世界上唯一突破飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术、并实现装机应用的国家。