中国领跑神奇的“3D打印”

中国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年后才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习阶段，不过却后来居上，其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。“观察者网”文章表示，早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。

目前，中国已具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家。在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空力量的一项独特优势，目前，中国先进战机上的钛合金构件所占比例已超过20%。

如果与传统制造技术做一个对比，就会对中国近年新飞机接连亮相的原因有个大概了解。传统钛合金零件制造，主要依靠铸造和锻造，其中铸造零件用于大尺寸制造，美国F-22战机的主要承力部件便是大型铸造钛合金框，但铸造的零件重量较大且无法加工成精细的形状；锻造切削精度较好，但零件制造浪费严重，原料的95%都会被作为废料切掉。让飞机制造商头疼的是，由于受到机器的限制，锻造钛合金的尺寸也不能过大。3万吨大型水压机只能锻造不超过0.8平方米的零件，即使世界最大的8万吨水压机，锻造的零件尺寸也不能超过4.5平方米。而且这两种技术都无法制造复杂的钛合金构件，而焊接则会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。

激光钛合金成形技术则完全解决了这一系列难题，它节约了90%的昂贵的原材料，还不需要制造专用模具，原本相当于材料成本1-2倍的加工费现在只需原来的10%。加工1吨重的钛合金复杂结构件，传统工艺成本大约2500万元，而激光3D焊接快速成型技术的成本仅130万元左右，仅是传统工艺的5%。

更重要的是，许多复杂结构的钛合金构件可以通过3D打印的方式一体成型，不仅节省了工时，还大大提高了材料强度。“观察者网”文章表示，美国F-22战机的钛合金锻件如果使用中国的3D打印技术制造，在强度相当的情况下，重量最多可减少40%。文章表示，在航空领域，在中航成飞和沈飞的下一代战斗机设计研发中，激光钛合金成形技术已得到广泛运用。通过这一技术，正在研制的两型第五代战斗机歼-20和歼-31采用钛合金的主体结构，成功降低了飞机的结构重量，提高了战机的推重比；沈飞在一年之内连续组装出歼-15、歼-16、歼-31等多型战斗机并试飞，很大程度上得益于钛合金3D打印的低成本和快速、便捷。

此外，中国民用航空制造业也开始应用这一技术。在西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心，通过激光立体成型技术为将于2014年投产、2016年投入运营的国产客机C-919制造了钛合金翼梁，长度超过5米。除制造外，这些部件即使出现问题，也可以使用同样的技术进行修复，而无需重新制造，这将可以节省大量用于更换受损部件的费用。凭借激光钛合金成形技术，中国在航空材料科学领域第一次走在了世界先进水平的前列，正因为如此，今年1月18日，国务院向“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”颁发国家技术发明奖一等奖。