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中国航空业在3D打印技术上已经走在了世界前列

导读: 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。

3D打印技术制造战机,中国并不是第一家。1984年,美国开发出从数字数据打印出3D物体的技术,并在2年后开发出第一台商业3D打印机。之所以叫“打印机”,是因为它借鉴了打印机的喷墨技术,只不过,普通的打印机是在纸上喷一层墨粉,形成二维(2D)文字或图形,而3D打印则能“打”出三维的立体实物来。

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美国在上世纪80年代已经用3D打印技术制造战机

以一个手电筒为例,3D打印机能通过电脑将手电筒进行立体扫描,创建三维设计图,之后对这个立体原型进行“切片”,分成一层一层的,之后,打印机就将原材料按照设计图一层一层地“喷”上去,直到最终造出一个手电筒来,只不过3D打印机喷出的不是墨粉,而是融化的树脂、金属或者陶瓷等材料。

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图为美国Aeromet公司生产的F/A-18E战斗机的激光增材超大尺寸整体框,因强度问题在试验中测试

不过,由于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,没能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,只能进行小尺寸钛合金部件的打印或进行钛合金零件表面修复。

中国航空业在3D打印技术上已经走在了世界前列

中国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

我国于1999年才开始金属零件的激光快速成形技术研究,晚于美国十几年,但是发展速度很快,近年来在飞机钛合金大型整体结构件的激光快速成形方面取得了重要突破,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。

中国航空业在3D打印技术上已经走在了前列,多个型号飞机使用了3D打印部件,部分技术已经达到世界领先水平。资料显示,从2001年起,我国开始重点发展以钛合金结构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。

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图为F-35的钛合金整体框,目前美国仍然只能使用水压机来进行这种构件的生产

在3D打印领域,中国是个后来居上者,但近年来发展极为迅速,大有后来居上之势。据新华社报道,中船重工第705研究所历经一年时间的研制,该所在3D打印机技术领域取得重大突破,借助直接金属激光烧结快速成型技术实现了3D打印,成为继美国、德国的3D打印巨头之后,世界上第四家掌握该技术的企业。

值得一提的是,2015年7月16日北京航空航天大学在国防科技工业军民融合发展成果展上,亮相的一具使用大型金属构件激光增材制造技术所生产的大型部件,这具大型部件是航空飞行器所使用的机体部件之一。这款以实物展出的大型飞行器构件,是迄今国际上最大的激光增材制造主承力关键钛合金构件飞机机身整体加强框,无模、整体、快速研制。

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2015年7月16日上午 北航展示国产新战机3D打印大型金属部件

而所谓的激光增材制造技术,就是3D打印技术中的一种,采用这种激光增材制造技术制造的飞机机身整体加强框,与传统技术相比,有着高性能、低成本、快速试制的特点。生产周期只有采用传统技术制造的五分之一,同时在强度、寿命等各项指标上,与传统工艺技术部件相比更加优秀。

3D打印技术可助中国加快新一代飞机的研发,3D打印技术可节省时间和材料,研究人员能短期内轻易打印出组装样机所需的各种高端、精密的零部件。没有制模和其他复杂的传统工序,造样机的成本要低很多,科学家可以不断制造更多复制品用于试验。

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