中国航空材料领域钛合金3D打印技术领先世界

来源：郑州设计公司更新：2013-6-4
把粉末状的原材料放进打印机，在激光的魔力作用下，你便能获得你想要的从玩具、模型、文物赝品、汽车部件，直到人体器官。这梦幻的一幕，便是风靡全球、被英国《经济学人》认为“将推动实现第三次工业革命”的3D打印技术。

　　人们普遍认为，美国引领着这场工业革命。而近期，从中国曝光的几则消息，却令世人大吃一惊。

　　把这些消息综合起来，证实了一个事实中国已经成为目前世界上唯一掌握激光成型钛合金大型主承力构件制造技术、并付诸实际应用的国家。

　　凭借着钛合金3D打印技术，中国在航空材料领域，第一次走到了世界先进水平的前列。

　　中国尖端战机“井喷”的

　　一大功臣

　　据钱江晚报报道，近日，在中国北京国际科技产业博览会上，中航工业与北京航空航天大学联合展示了获得2012年度“国家技术发明奖一等奖”的飞机钛合金大型整体关键构件激光成型技术，以及通过其生产出的一个5平方米钛合金加强框。

　　据外媒报道，3D打印技术正在被大面积用于中国正在研发中的首款航母舰载机歼-15、多用途战机歼-16、第五代重型战斗机歼-20、第五代中型战斗机歼-31，以及商飞的民用大飞机C919上。

　　据央视新闻频道报道，歼-15总设计师孙聪在两会期间透露，钛合金和M100钢的3D打印技术，已被广泛用于歼-15的主承力部分，包括整个前起落架。

　　西北工业大学材料学院教授黄卫东的团队，曾制造出一根3米长的钛合金构件，作为C919机翼的重要部件。据他透露，中国发展能替代传统复杂制造工艺的3D打印技术，已有将近20年了。

　　其实，目前我国已具备了使用激光成型超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力。

　　3D打印技术的应用，大大加速了国产尖端战机的研发进度。依托激光钛合金成型造价低、速度快的特点，沈阳飞机工业集团在一年之内连续组装出歼-15、歼-16、歼-31等多型战斗机，并进行试飞。

　　最大好处是

　　令战机性能获得巨大提升

　　质量轻、强度高、耐高温的钛合金，是军用飞机的关键材料。然而，钛合金昂贵的价格与特殊的材料属性，导致使用传统锻造技术造出的零件，最大尺寸也不超过4.5平方米。

　　据沈阳飞机设计研究所副总设计师王向明介绍，钛合金要40万到50万元一吨，而传统工艺的材料利用率不到10%，如美国F-22战机的铸造钛合金主承力部件，95%的原料都会被作为废料切掉。“另外钛合金很粘，加工的时间又长又费钱。”

　　而激光钛合金成型技术，完全解决了难题。“加工1吨钛合金复杂构件，传统工艺的成本大约2500万元，而用激光3D快速成型技术仅130万元左右。”加之不需要制造专用的模具，原本相当于材料成本一到两倍的加工费用，现在只需原来的10%。

　　除了省时省钱，更重要的是，通过3D打印，结构复杂、特殊的钛合金构件可以一体成型，而无需一个个锻造出来再焊接在一起，大大提高了机身强度。

　　特别“给力”的是据专家估计，F-22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，重量最多可以减少40%。这将大大提高战机的推重比，令战机性能获得巨大提升。

　　因此在理论上，中国现有的涡扇发动机，如果用在广泛应用3D打印技术生产的歼-20等第五代战机上，与F-22的推重比差距不会太大。这样一来，我国相对落后的发动机技术，就不会过于“拖后腿”了。