3D打印技术如何生产出歼20零件？美国没解决的难题中国先搞定

图片为7月16日，在北京隆重开幕的国防科技工业军民融合发展成果展上，我国展出的一种战斗机超大尺寸钛合金件让世界瞩目。

钛是上世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，它的密度只有铁的一半，但结构强度则数倍于后者，由于钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天领域，由于钛合金材料加工技术是一个国家航空航天工业生产的基本技能，美国等西方国家长期对中国实行技术封锁，生怕中国掌握这项技术。然而，自2008年以来，我国在激光增材钛合金加工技术上的突破，彻底让西方国家遏制中国航空工业发展的伎俩落空。

一、用3D打印制造飞机零件很不容易 美国尝试10多年没成功

激光成形技术或激光增材技术也就是我们常说的“3D打印”，它是将钛材料粉末进行激光高温处理后“组成”一个钛合金部件的“神奇魔术”，3D打印前先通过计算机建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。3D打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

据悉，飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术是“3D打印技术”的高端发展形势，对航空工业来说是一场革命性的技术，而跑在这项技术前列的是中美两国。目前，世界上主流战斗机和客机都大量使用钛合金材料生产的钛合金结构零件，比如F-22战斗机的钛合金用量就高达35%，传统的钛合金零件制造主要依靠铸造和锻造。其中铸造零件易于大尺寸制造，但重量较大且无法加工成精细的形状。锻造切削虽然精度较好，美国F-22战机主要承力部件便是大型铸造钛合金框。但是零件制造浪费严重，原料95%都会被作为废料切掉，而且锻造钛合金的尺寸受到严格限制，人们一直在寻找解决这一问题的办法，最终找到了激光成形技术。

3D打印技术如何生产出歼20零件？美国没解决的难题中国先搞定

图片为我国展出的超大型某型号战斗机钛合金飞机承力件，据香港《南华早报》称中国的歼-20，歼-15战斗机也使用这种钛合金零件。

美国是最早开发钛合金3D打印技术的国家。1985年，美国就在国防部的主导下秘密开始了钛合金激光成形技术的研究，并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术，并在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机试验。然而，因为在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年，美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，没有实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题，目前只能进行小尺寸钛合金部件的打印和钛合金零件表面修复。

二、中国钛合金3D打印技术起步晚 但发展神速已经领先美国

我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年才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习，在全国多所大学和研究所设立实验室进行研究。其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。早在2000年前后，中航激光技术团队就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，在国家特别是军方资金的持续支持下，经过数年研发，解决了“惰性气体保护系统”、“热应力离散”、“缺陷控制”、“晶格生长控制”等多项世界技术难题、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，具有了商业应用价值。

军事专家称，目前，中国歼-31战机至少有4个激光成型“眼镜式”钛合金主承力构件加强框，而美国目前并不能生产如此大型号的钛合金部件。此外，我国已经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，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。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并且装机工程应用的国家。

外国媒体称，中国已经用激光增材技术直接制造30多种钛合金等大型复杂关键金属零件，并在大型运输机、舰载机、C919大型客机、歼-20歼击机等7型飞机中装机应用，解决型号研制“瓶颈”，使中国成为迄今世界上唯一掌握高性能大型金属零件激光直接制造技术并实现工程应用的国家。