中國航空3D打印進(jìn)第一集團(tuán) 部分技術(shù)世界領(lǐng)先

近日，一架采用了3d打印技術(shù)生產(chǎn)的零件的“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)完成試飛，這被英國媒體視為航空制造領(lǐng)域大規(guī)模使用3d打印技術(shù)的標(biāo)志性事件。實(shí)際上，目前3d打印技術(shù)已經(jīng)在多國、多種飛機(jī)上得到了廣泛使用。中國航空工業(yè)部門在3d打印的部分應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入世界第一集團(tuán)。不過，專家認(rèn)為，3d打印技術(shù)并非萬能，短時(shí)間內(nèi)3d打印還無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工制造業(yè)。
打印版“狂風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)首飛
英國《每日電訊報(bào)》網(wǎng)站5日報(bào)道稱，英國防務(wù)巨擘bae系統(tǒng)公司“最近加入了利用3d打印技術(shù)幫助制造戰(zhàn)斗機(jī)部件的公司行列”。 該公司稱，使用了通過3d打印技術(shù)制造的部件的“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)在上個(gè)月進(jìn)行了成功試飛。這為戰(zhàn)機(jī)制造過程中廣泛使用3d打印技術(shù)鋪平了道路。報(bào)道稱，這次飛行意義重大，因?yàn)檫@被視為使用類似部件制造的作戰(zhàn)飛機(jī)的第一次飛行。報(bào)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(jié)構(gòu)以及進(jìn)氣道支架，它們均在皇家空軍基地的一處設(shè)施內(nèi)生產(chǎn)，一年的維護(hù)和修理成本將節(jié)省數(shù)十萬英鎊。
在航空航天領(lǐng)域使用3d打印技術(shù)已經(jīng)成為世界各國航空航天機(jī)構(gòu)的潮流。據(jù)《每日電訊報(bào)》報(bào)道，羅·羅公司去年稱，它計(jì)劃使用3d打印技術(shù)生產(chǎn)部分飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，而美國nasa最近測試了使用3d打印技術(shù)研制的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
貫穿飛機(jī)研發(fā)全過程
據(jù)報(bào)道，3d打印技術(shù)最初發(fā)展于1980年代，從2010年開始在商業(yè)方面得到了廣泛使用。目前3d打印技術(shù)在飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)全過程中都得到有效應(yīng)用。在研制階段，可以通過3d打印技術(shù)制造其等比例模型;而在制造階段，3d打印技術(shù)可用于加工制造關(guān)鍵零部件;在維修過程中，可通過3d打印技術(shù)，用同一材料將缺損部位修補(bǔ)成完整形狀，修復(fù)后的零件性能不受影響，大大節(jié)約了時(shí)間和金錢。
目前的3d打印技術(shù)通常分為4類，包括固化成形技術(shù)、疊層實(shí)體制造技術(shù)、熔融沉積造型技術(shù)和激光燒結(jié)技術(shù)。航空制造領(lǐng)域最前沿的3d打印技術(shù)當(dāng)屬高性能金屬構(gòu)件激光成型技術(shù)，該技術(shù)是以合金粉末為原料，通過激光熔化逐層堆積，從零件數(shù)模一步完成高性能大型復(fù)雜構(gòu)件的成型。其優(yōu)勢在于能夠制造出采用傳統(tǒng)鑄造和機(jī)械加工方法難以獲得的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，且很少或幾乎沒有材料浪費(fèi)。例如，美國的f-22飛機(jī)中尺寸最大的鈦合金整體加強(qiáng)框所需毛坯模鍛件重達(dá) 2796公斤， 而實(shí)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(shù)所需的制造設(shè)備相對單一。傳統(tǒng)方法通常需要大規(guī)格鍛坯加工及大型鍛造模具制造、萬噸級(jí)以上的重型液壓鍛造裝備，制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，在鑄造毛坯模鍛件的過程中會(huì)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(shù)能克服上述缺點(diǎn)。航空航天裝備中的零件構(gòu)造越來越復(fù)雜，力學(xué)性能要求越來越高，通過傳統(tǒng)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(shù)進(jìn)入第一集團(tuán)
中國航空業(yè)在3d打印技術(shù)上已經(jīng)走在了前列，多個(gè)型號(hào)飛機(jī)使用了3d打印部件，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
中航工業(yè)的資料顯示，從2001年起，我國開始重點(diǎn)發(fā)展以鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成型技術(shù)為主的激光3d打印技術(shù)。中國首款艦載機(jī)殲-15的總設(shè)計(jì)師孫聰此前接受媒體采訪時(shí)曾透露，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。其中于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。目前，我國成為世界上繼美國之后第二個(gè)掌握飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成型及技術(shù)的國家。
此外，由北航等單位組成的團(tuán)隊(duì)制造出了迄今世界尺寸最大的飛機(jī)鈦合金大型結(jié)構(gòu)件激光快速成型工程化成套設(shè)備。該團(tuán)隊(duì)利用激光快速成型技術(shù)制造出我國自主研發(fā)的大型客機(jī)c919的主風(fēng)擋窗框。此外， 西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的“激光立體成型”3d打印技術(shù)已經(jīng)用于國產(chǎn)大飛機(jī)c919的制造。中國利用激光打印直接制造c919飛機(jī)的中央翼根肋，傳統(tǒng)鍛件毛坯重達(dá)1607公斤，而利用激光成型技術(shù)制造的精坯重量僅為136公斤 ，節(jié)省了91.5%的材料，經(jīng)過測試，其性能比傳統(tǒng)鍛件還要好。
不過有專家認(rèn)為，3d打印技術(shù)短時(shí)間還無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工制造業(yè)。就以激光3d打印技術(shù)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。


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