中国航空3D打印成果：某型飞机的大型结构件一体成型

　　近日，一架采用了3D打印技术生产的零件的“狂风”战斗机完成试飞，这被英国媒体视为航空制造领域大规模使用3D打印技术的标志性事件。实际上，目前3D打印技术已经在多国、多种飞机上得到了广泛使用。中国航空工业部门在3D打印的部分应用领域已经进入世界第一集团。不过，专家认为，3D打印技术并非万能，短时间内3D打印还无法完全代替传统的加工制造业。

　　打印版“狂风”战机首飞

　　英国《每日电讯报》网站5日报道称，英国防务巨擘BAE系统公司“最近加入了利用3D打印技术帮助制造战斗机部件的公司行列”。 该公司称，使用了通过3D打印技术制造的部件的“狂风”战斗机在上个月进行了成功试飞。这为战机制造过程中广泛使用3D打印技术铺平了道路。报道称，这次飞行意义重大，因为这被视为使用类似部件制造的作战飞机的第一次飞行。报道称，这些零部件包括座舱无线电整流罩和起落架的部分结构以及进气道支架，它们均在皇家空军基地的一处设施内生产，一年的维护和修理成本将节省数十万英镑。

　　在航空航天领域使用3D打印技术已经成为世界各国航空航天机构的潮流。据《每日电讯报》报道，罗·罗公司去年称，它计划使用3D打印技术生产部分飞机喷气发动机的部件，而美国NASA最近测试了使用3D打印技术研制的火箭发动机部件。

　　贯穿飞机研发全过程

　　据报道，3D打印技术最初发展于1980年代，从2010年开始在商业方面得到了广泛使用。目前3D打印技术在飞机的设计、制造和维护全过程中都得到有效应用。在研制阶段，可以通过3D打印技术制造其等比例模型;而在制造阶段，3D打印技术可用于加工制造关键零部件;在维修过程中，可通过3D打印技术，用同一材料将缺损部位修补成完整形状，修复后的零件性能不受影响，大大节约了时间和金钱。

　　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。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的钛合金整体加强框所需毛坯模锻件重达2796公斤， 而实际成形零件重量不足144公斤，造成大量的原材料损耗。

　　另外，3D打印技术所需的制造设备相对单一。传统方法通常需要大规格锻坯加工及大型锻造模具制造、万吨级以上的重型液压锻造装备，制造工艺复杂，生产周期长，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。而激光3D打印技术能克服上述缺点。航空航天装备中的零件构造越来越复杂，力学性能要求越来越高，通过传统工艺很难制造。而3D打印则可以满足这些需求。

　　中国3D打印技术进入第一集团

　　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。

　　中航工业的资料显示，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。中国首款舰载机歼-15的总设计师孙聪此前接受媒体采访时曾透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。其中于2012年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。目前，我国成为世界上继美国之后第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成型及技术的国家。

　　此外，由北航等单位组成的团队制造出了迄今世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成型工程化成套设备。该团队利用激光快速成型技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框。此外， 西北工业大学凝固技术国家重点实验室发展的“激光立体成型”3D打印技术已经用于国产大飞机C919的制造。中国利用激光打印直接制造C919飞机的中央翼根肋，传统锻件毛坯重达1607公斤，而利用激光成型技术制造的精坯重量仅为136公斤，节省了91.5%的材料，经过测试，其性能比传统锻件还要好。

　　不过有专家认为，3D打印技术短时间还无法完全代替传统加工制造业。就以激光3D打印技术来说，它比较适合高性能的昂贵部件，别的手段做不出来的零部件。▲