中国战机扬威大阅兵 零部件竟为3D打印

    【中关村在线办公打印频道原创】1945年9月3日，日本正式向中国递交了投降书。经过8年浴血奋战，中国以3500万军民喋血山河的巨大历史代价换来如今的和平，70年已过，如今的中国正迈着更加强大的步伐，成为战后世界新秩序的维护者。位卑未敢忘忧国，勿忘国耻是每个炎黄子孙必须牢记的神圣使命！2015年9月3日中国首次举行纪念反法西斯战争胜利70周年阅兵，这一铿锵有力的行为一方面是为了彰显中国实力，展示我国的综合国力，另一方面也是对于那些虎视眈眈的外敌的有力蔑视和打击。

中国战机扬威大阅兵 零部件竟为3D打印

    随着9月3日日益临近，参加纪念中国人民抗日战争胜利暨世界反法西斯胜利70周年大阅兵的空中梯队也参加了快节奏的训练，近日，网上公布了很多有关阅兵训练的解放军军机照片，尽管这些照片不能全面展示此次阅兵空中梯队的全部情况，但也足以让国人一睹为快，了解到参加此次阅兵的的主要机型和特点。其中不乏3D打印技术生产出来的零部件产品，我们就从3D打印的角度对本次大阅兵的机型进行一次简单的解析。

一、参阅飞机亮点多：部分战机采用了3D打印技术

    目前，从网络上公布出来的照片来看，此次大阅兵亮点颇多，首先是空军八一飞行表演首次以歼-10战机接受检阅，海陆空共10个梯队的140余架各型固定翼飞机和直升机，机型包括歼15舰载机、轰6K轰炸机、武直10、武直19等解放军近年服役的一批最新型飞机，有目击者形容彩排场面“遮天蔽日”，蔚为壮观。这些参加彩排的战机当中，有不少零部件采用了3D打印技术。

8月23日，彩排场面“遮天蔽日”，蔚为壮观

    说起3D打印在航空领域的应用，值得一提的是我国大中型军民用飞机的研制生产商西飞集团。此前，有媒体报道称，近年来3D打印技术以其“制造灵活性”和“大幅节省原材料”等优越性而有效应用于航空制造领域，西飞率先开展“3D打印技术在精密铸造领域应用”项目研究，并将逆向工程技术、3D打印、精密铸造和数字化测量有机结合，打通了以三维技术为核心的数字化制造链条，并成功将项目研发成果应用于C919飞机、新支线飞机、MA60飞机等多款军民用飞机产品中。

中航工业西飞成功将3D打印技术用于应用于C919大型客机的生产制造

中国公开展出的3D打印一次成型的战斗机机身横框（图源：腾讯网）

第一款舰载战斗机歼-15（图源：新华网）

中国第五代战斗机歼-31

    有资料资料显示，中国第一款本土商用客机C-919、第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一款本土隐形战斗机歼-20及第五代战斗机歼-31的研发均使用了3D打印技术。

二、3D打印助“鬼鸟”成为空军独特的杀手锏

    在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。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，成为当今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。

“鬼鸟”隐身战机采用了3D打印技术，可躲开雷达，行动神秘似幽灵

    中国最强隐身战机当属歼-25，这个号称“鬼鸟”的隐身战机采用了3D打印技术，可躲开世界主要国家装备的雷达，行动神秘似幽灵，故有“鬼鸟”之称。BWCHINESE中文网曾经报道声称，歼-25之所以具有卓越的隐身性能，秘诀之一就是它是完全采用3D打印技术的机型。中国科研人员在歼-25的研制上，通过刻苦钻研，克服重重障碍，横空出世的歼-25代表着3D打印技术在战斗机制造方面的最高水平。

歼-25就是中国3D打印技术运用到战机制造上最为成功的典范

    据推测，在不久的将来，一大批经3D打印的技术装备将在国防事业上发挥重要作用。歼-25就是中国3D打印技术运用到战机制造上最为成功的典范。3D打印技术使得歼-25战机极大的减轻机身重要，飞行速度得到极大提升，在空中也变得愈发轻易与自在。

3D打印技术使得歼-25战机极大的减轻机身重要，飞行速度得到极大提升

    从外媒披露的信息来看，最新的歼-25由成都飞机工业公司生产，具备超音速巡航能力，最大起飞重量超过20吨。从起飞重量来看，歼-25可以称之为一架中型的战机。歼-25主要用于制空，是一款多用途、全天候的空中优势战斗机，其隐身性能可以来无影，去无踪，目前世界主要国家装备的雷达很难发现。因此，隐身成为其独特的杀手锏。

三、中国航空业在3D打印技术上已经走在了世界前列

    用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。

美国在上世纪80年代已经用3D打印技术制造战机（图源：中新网）

    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。

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失败（图源：中新网）

    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。

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。

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。

四、3D打印技术成型是将金属熔融后叠加取得成品

   3D打印，学名为增材制造，是基于离散——堆积原理，采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术。目前最适用于高复杂度结构、极小批量航空航天等产业，被国内外公认为是对飞机、发动机等重大工业装备研制与生产具有重要影响的核心关键制造技术之一。

增材制造：在工件上激光沉积焊接

    3D打印同时也被称为激光快速成型，是一种新兴制造技术。3D打印机可将电脑上的设计图转化为实物，将材料层层叠加直至取得成品。从金属制造和加工业来说，3D打印基本原理是将零件数字化模型进行空间网格化，通过像素化分解成为一个个空间点阵，然后利用金属微量熔融或烧结的沉积技术，将零件一层层堆积而成，它的成型原理类似于目前普遍使用的激光打印机，只是普通的激光打印机所打印的是平面图形，而3D打印则是通过累计一层一层的打印图形形成空间三维构型实体。

墨尔本市举行的阿瓦隆国际航空展上，澳大利亚研究人员发布了世界首款3D打印喷气式飞机引擎

    航空工业应用的3D打印主要集中在钛合金，铝锂合金，超高强度钢，高温合金等材料方面，这些材料基本都是强度高，化学性质稳定，不易成型加工，传统加工工艺成本高昂的类型。

    目前的3D打印技术通常分为4类，包括固化成形技术、叠层实体制造技术、熔融沉积造型技术和激光烧结技术。航空制造领域最前沿的3D打印技术当属高性能金属构件激光成型技术，该技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积，从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的成型。其优势在于能够制造出采用传统铸造和机械加工方法难以获得的复杂结构件，且很少或几乎没有材料浪费。

中船重工第七O五研究所试制完成金属直接烧结快速成型技术（DMLS）首台样机，成为世界上第四家掌握该技术的企业

    直接金属激光烧结成型技术（Direct Metal Laser-Sintering，缩写DMLS）是3D打印技术领域王冠上的明珠。该技术因为直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积，同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠，以生成致密的几何形状的实体零件。而金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，结构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体。

    通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数，可以生成性能差异变化很大的零件，从具有多孔性的透气钢，到耐腐蚀的不锈钢再到组织致密的模具钢。采用DMLS技术甚至能够直接制造出非常复杂的零件，避免了采用铣削和放电加工，为设计提供了更宽的自由度。

第十届珠海航展上一个通过3D打印技术修复的受损战斗机涡扇发动机叶片

    在2014年11月举办的第十届珠海航展上，西安铂力特激光成形技术有限公司参展。在展品中，笔者看到一个受损的战斗机涡扇发动机叶片。据了解，这块叶片是战斗机在使用过程中造成损坏，由西安铂力特使用3D打印技术进行了修复，实现了损坏零部件的修复再利用。还有一件展品就是C919客机缘条零件，该零件是首次在航展上曝光，作为大型客机的承重部件，已经能够使用国产的3D打印技术制造。

五、3D打印技术的应用在军事领域意味着什么？

    与传统技术相比，3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而大幅缩短生产周期。此外，3D打印技术还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼、热交换器等工艺复杂的产品。在生产过程中还没有与其功能无关的剩余物，一旦技术走向全面成熟，将大大降低生产成本。甚至一个人、一台电脑、一部打印机就有可能组成一个“工厂”。

3D打印技术最突出的优点：无需机械加工或任何模具，直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件

    资料显示上世纪八九十年代，要研发新一代战斗机至少要花10-20年的时间。而使用3D打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。如果借助3D打印技术及其他信息技术，最少只需3年时间就能研制出一款新战斗机。

    除了能够提升武器装备的研发速度外，3D打印技术还能大幅降低武器装备的造价成本。传统的武器装备生产中，原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序，除去多余部分形成零部件，然后被拼装、焊接成产品。这一过程中，将有90%的原材料被浪费掉。与传统工艺不同，3D打印技术的武器装备及其配件生产过程中，可直接根据计算机图形数据，通过层层增加材料的方法“打印”出高精尖的武器装备与配件，按需取材，整个生产过程几乎没有浪费。

3D打印用于新型发动机的制造（图源：新华网）

    有了3D打印技术，只要知道武器构件的结构和材质，无论多复杂，都可以做出来，而且成本还很低，制造装备就变得异常容易。这显然将使武器的价格下降和生产速度大大加快，尤其会使尖端武器“白菜化”，使一些原本为大国、强国垄断的武器生产能力，扩散到小国、发展中国家或某些集团手里。

2013年，美国一家公司利用3D打印技术，成功地打造出AR-15半自动步枪的弹匣和其它部件

后来这家公司又宣布首款名为“解放者”的3D打印手枪试射成功

全球最大的导弹生产商雷神公司使用3D打印技术制作的导弹部件

    美军中一些想象力丰富的专家预测，在未来信息化战场上，维修受损武器将变得十分轻松，技术保障人员可随时启动携带的3D打印机，直接把所需的部件一个个“打印”出来，装配起来，让武器重新投入战场。有了这种“克隆”武器的“移动兵工厂”，战时可快速补充作战消耗。

六、3D打印短时间还无法完全代替传统加工制造业

    随着中国制造在航空领域的不断进步，3D打印技术也迎来了发展的春风，相信在不久的将来，这一技术会更加成熟与完善，成为国际制造业中的一支标杆。但是3D打印技术要想完全代替传统加工制造业目前还是不现实的，至少需要解决以下几个方面的问题：

中国PLA战舰进港遇齿轮断裂 舰上3D打印快速修复

    1、3D打印的材料问题。目前可以广泛应用的3D打印产品，集中在饰品、模具模型、个性化家居产品以及汽车飞机的小尺寸零件上，使用的材料无非是树脂、塑料、普通金属粉末等。这个产业要向高端发展，就必须突破性能要求非常高的合金材料、高分子复合材料这一关，这涉及的材料种类达几百种甚至更多，只有这样，3D打印技术才能进入航空航天、人工智能、大型复杂机械和生物医疗领域。

    2、3D打印的能量源问题。目前3D打印采用的能量源是激光，但其生产效率还有待提高，尤其是在加工大尺寸、熔点较高的金属制品时更是如此。最近美国Sciaky公司声称找到了更好的能量源——电子束，利用功率强大的电子束枪，可以使打印效率成倍地翻。

    3、3D打印设备的优化问题。这一方面涉及到产业的经济性，对于量产产品来讲成本问题非常重要；另一方面是技术上的先进性，如果3D打印的精度能够接近纳米级（目前大约是0.1毫米级），将极大地拓展该产业的应用范围，并能带来很多革命性的成果。

2014年12月7日，上海航天技术研究院高级工程师王联凤介绍用航天3D打印机打印的产品（图源：新华网）

2014年12月7日，上海航天技术研究院工作人员展示首台航天3D打印机用钴铬合金材料打印的航空发动机叶轮（图源：新华网）

    3D打印产业其实仅仅处于起步阶段，很多技术难题还没有攻克，但我们已经看到了新产业革命的曙光。中国在这个产业里不算落后（但也绝对算不上先进），应该认清自己的处境，我国的3D打印产业，目前大多是停留在实验室中，走向市场的产品很少，极尖端的东西都应用到了军工产业之上。

    目前，工信部正在牵头制定《国家增材制造产业发展推进计划(2014-2016年)》，有望成为国家级的增材制造产业发展推进计划。下一步应该加强顶层设计和统筹规划，将3D打印产业纳入优先发展产业目录，同时，尽快筹建3D打印行业组织，积极组织开展相关标准制定和产业政策研究，以推动整个行业加快发展。