3D金屬打印的發(fā)展現(xiàn)狀

1、 3D金屬打印的發(fā)展現(xiàn)狀中國戰(zhàn)機揚威大閱兵零部件為3D打印隨著9月3日日益臨近，參加紀念中國人民抗日戰(zhàn)爭勝利暨世界反法西斯勝利70周年大閱兵的空中梯隊也參加了快節(jié)奏的訓練，近日，網(wǎng)上公布了很多有關閱兵訓練的解放軍軍機照片，盡管這些照片不能全面展示此次閱兵空中梯隊的全部情況，但也足以讓國人一睹為快，了解到參加此次閱兵的的主要機型和特點。其中不乏3D打印技術生產(chǎn)出來的零部件產(chǎn)品，我們就從3D打印的角度對本次大閱兵的機型進行一次簡單的解析。一、參閱飛機亮點多：部分戰(zhàn)機采用了3D打印技術目前，從網(wǎng)絡上公布出來的照片來看，此次大閱兵亮點頗多，首先是空軍八一飛行表演首次以殲-10戰(zhàn)機接受檢閱，海陸空共10

2、個梯隊的140余架各型固定翼飛機和直升機，機型包括殲15艦載機、轟6K轟炸機、武直10、武直19等解放軍近年服役的一批最新型飛機，有目擊者形容彩排場面“遮天蔽日”，蔚為壯觀。這些參加彩排的戰(zhàn)機當中，有不少零部件采用了3D打印技術。8月23日，彩排場面“遮天蔽日”，蔚為壯觀說起3D打印在航空領域的應用，值得一提的是我國大中型軍民用飛機的研制生產(chǎn)商西飛集團。此前，有媒體報道稱，近年來3D打印技術以其“制造靈活性”和“大幅節(jié)省原材料”等優(yōu)越性而有效應用于航空制造領域，西飛率先開展“3D打印技術在精密鑄造領域應用”項目研究，并將逆向工程技術、3D打印、精密鑄造和數(shù)字化測量有機結合，打通了以三維技術為核

3、心的數(shù)字化制造鏈條，并成功將項目研發(fā)成果應用于C919飛機、新支線飛機、MA60飛機等多款軍民用飛機產(chǎn)品中。中航工業(yè)西飛成功將3D打印技術用于應用于C919大型客機的生產(chǎn)制造中國公開展出的3D打印一次成型的戰(zhàn)斗機機身橫框（圖源：騰訊網(wǎng)）第一款艦載戰(zhàn)斗機殲-15（圖源：新華網(wǎng)）中國第五代戰(zhàn)斗機殲-31有資料資料顯示，中國第一款本土商用客機C-919、第一款艦載戰(zhàn)斗機殲-15、多用途戰(zhàn)斗轟炸機殲-16、第一款本土隱形戰(zhàn)斗機殲-20及第五代戰(zhàn)斗機殲-31的研發(fā)均使用了3D打印技術。3D打印助“鬼鳥”成為空軍的殺手锏二、3D打印助“鬼鳥”成為空軍獨特的殺手锏在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機制造流程當中，飛機的3D模型設

4、計好后，需要進行長期的投入來制造水壓成型設備,而使用3D打印這種增材制造技術后，零件的成型速度、應用速度得以大幅度提高。目前中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，成為當今世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造、應用的國家?！肮眸B”隱身戰(zhàn)機采用了3D打印技術，可躲開雷達，行動神秘似幽靈中國最強隱身戰(zhàn)機當屬殲-25，這個號稱“鬼鳥”的隱身戰(zhàn)機采用了3D打印技術可躲開世界主要國家裝備的雷達，行動神秘似幽靈，故有“鬼鳥”之稱。BWCHINESE中文網(wǎng)曾經(jīng)報道聲稱，殲-25之所以具有卓越的隱身性能，秘訣之一就是它是完全采用3D打印技術的機型。中國科研人員在殲-25的

5、研制上，通過刻苦鉆研，克服重重障礙，橫空出世的殲-25代表著3D打印技術在戰(zhàn)斗機制造方面的最高水平。殲-25就是中國3D打印技術運用到戰(zhàn)機制造上最為成功的典范據(jù)推測，在不久的將來，一大批經(jīng)3D打印的技術裝備將在國防事業(yè)上發(fā)揮重要作用。殲-25就是中國3D打印技術運用到戰(zhàn)機制造上最為成功的典范。3D打印技術使得殲-25戰(zhàn)機極大的減輕機身重要，飛行速度得到極大提升，在空中也變得愈發(fā)輕易與自在。3D打印技術使得殲-25戰(zhàn)機極大的減輕機身重要，飛行速度得到極大提升從外媒披露的信息來看，最新的殲-25由成都飛機工業(yè)公司生產(chǎn)，具備超音速巡航能力，最大起飛重量超過20噸。從起飛重量來看，殲-25可以稱之為一

6、架中型的戰(zhàn)機。殲-25主要用于制空，是一款多用途、全天候的空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機，其隱身性能可以來無影，去無蹤，目前世界主要國家裝備的雷達很難發(fā)現(xiàn)。因此，隱身成為其獨特的殺手锏。三、中國航空業(yè)在3D打印技術上已經(jīng)走在了世界前列用3D打印技術制造戰(zhàn)機，中國并不是第一家。1984年，美國開發(fā)出從數(shù)字數(shù)據(jù)打印出3D物體的技術，并在2年后開發(fā)出第一臺商業(yè)3D打印機。之所以叫“打印機”，是因為它借鑒了打印機的噴墨技術，只不過，普通的打印機是在紙上噴一層墨粉，形成二維(2D)文字或圖形，而3D打印則能“打”出三維的立體實物來。M&hpool【c成形3建模(b)切片圖3昊國屁唧七公司的激丸快逹嚴形焉統(tǒng)乳甚制備的鈦合

7、金飛機執(zhí)身隔框等嵐件美國在上世紀80年代已經(jīng)用3D打印技術制造戰(zhàn)機(圖源：中新網(wǎng))以一個手電筒為例，3D打印機能通過電腦將手電筒進行立體掃描，創(chuàng)建三維設計圖，之后對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，之后，打印機就將原材料按照設計圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個手電筒來，只不過3D打印機噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。圖為美國Aeromet公司生產(chǎn)的F/A-18E戰(zhàn)斗機的激光增材超大尺寸整體框，因強度問題在試驗中測試失?。▓D源：中新網(wǎng)）不過，由于在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術難題無法解決，美國始終無法生產(chǎn)高強度、大尺寸的激光成形鈦合金構件。2005年，美國

8、從事鈦合金激光成型制造業(yè)務的商業(yè)公司Aeromet由于始終無法生產(chǎn)出性能滿足主承力要求的大尺寸復雜鈦合金構件，沒能實現(xiàn)有價值的市場應用而倒閉。美國的其他國家實驗室也無法攻克這一難題，只能進行小尺寸鈦合金部件的打印或進行鈦合金零件表面修復。大型整體鈦鋰豐牛激光直接制造技木LaserDirectManufacturingofLar9entdftiumComponents!帶料咖OMmx3中國成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造、應用的國家我國于1999年才開始金屬零件的激光快速成形技術研究，晚于美國十幾年，但是發(fā)展速度很快，近年來在飛機鈦合金大型整體結構件的激光快速成形方面取得了

9、重要突破，目前，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造、應用的國家。中國航空業(yè)在3D打印技術上已經(jīng)走在了前列，多個型號飛機使用了3D打印部件，部分技術已經(jīng)達到世界領先水平。資料顯示，從2001年起，我國開始重點發(fā)展以鈦合金結構件激光快速成型技術為主的激光3D打印技術。圖為F-35的鈦合金整體框，目前美國仍然只能使用水壓機來進行這種構件的生產(chǎn)在3D打印領域，中國是個后來居上者，但近年來發(fā)展極為迅速，大有后來居上之勢。據(jù)新華社報道，中船重工第705研究所歷經(jīng)一年時間的研制，該所在3D打印機技術領域取得重大突破，借助

10、直接金屬激光燒結快速成型技術實現(xiàn)了3D打印，成為繼美國、德國的3D打印巨頭之后，世界上第四家掌握該技術的企業(yè)。值得一提的是，2015年7月16日北京航空航天大學在國防科技工業(yè)軍民融合發(fā)展成果展上，亮相的一具使用大型金屬構件激光增材制造技術所生產(chǎn)的大型部件，這具大型部件是航空飛行器所使用的機體部件之一。這款以實物展出的大型飛行器構件，是迄今國際上最大的激光增材制造主承力關鍵鈦合金構件飛機機身整體加強框，無模、整體、快速研制。迄今國際上最大的激光增材制造主承力關鍵鈦合金構件E機機身整體加強框：5.02m2r無模.整體.快速研制2015年7月16日上午北航展示國產(chǎn)新戰(zhàn)機3D打印大型金屬部件而所謂的激

11、光增材制造技術，就是3D打印技術中的一種，采用這種激光增材制造技術制造的飛機機身整體加強框，與傳統(tǒng)技術相比，有著高性能、低成本、快速試制的特點。生產(chǎn)周期只有采用傳統(tǒng)技術制造的五分之一，同時在強度、壽命等各項指標上，與傳統(tǒng)工藝技術部件相比更加優(yōu)秀。3D打印技術可助中國加快新一代飛機的研發(fā)，3D打印技術可節(jié)省時間和材料,研究人員能短期內(nèi)輕易打印出組裝樣機所需的各種高端、精密的零部件。沒有制模和其他復雜的傳統(tǒng)工序，造樣機的成本要低很多，科學家可以不斷制造更多復制品用于試驗。3D打印是將金屬熔融后疊加取得成品四、3D打印技術成型是將金屬熔融后疊加取得成品3D打印，學名為增材制造，是基于離散堆積原理，采

12、用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術。目前最適用于高復雜度結構、極小批量航空航天等產(chǎn)業(yè)，被國內(nèi)外公認為是對飛機、發(fā)動機等重大工業(yè)裝備研制與生產(chǎn)具有重要影響的核心關鍵制造技術之一。增材制造：在工件上激光沉積焊接3D打印同時也被稱為激光快速成型，是一種新興制造技術。3D打印機可將電腦上的設計圖轉化為實物，將材料層層疊加直至取得成品。從金屬制造和加工業(yè)來說，3D打印基本原理是將零件數(shù)字化模型進行空間網(wǎng)格化，通過像素化分解成為一個個空間點陣，然后利用金屬微量熔融或燒結的沉積技術，將零件一層層堆積而成，它的成型原理類似于目前普遍使用的激光打印機，只是普通的激光打印機所打印的是平面圖形，而3D打印則是通

13、過累計一層一層的打印圖形形成空間三維構型實體。墨爾本市舉行的阿瓦隆國際航空展上，澳大利亞研究人員發(fā)布了世界首款3D打印噴氣式飛機引擎航空工業(yè)應用的3D打印主要集中在鈦合金，鋁鋰合金，超高強度鋼，高溫合金等材料方面，這些材料基本都是強度高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易成型加工，傳統(tǒng)加工工藝成本高昂的類型。目前的3D打印技術通常分為4類，包括固化成形技術、疊層實體制造技術、熔融沉積造型技術和激光燒結技術。航空制造領域最前沿的3D打印技術當屬高性能金屬構件激光成型技術，該技術是以合金粉末為原料，通過激光熔化逐層堆積，從零件數(shù)模一步完成高性能大型復雜構件的成型。其優(yōu)勢在于能夠制造出采用傳統(tǒng)鑄造和機械加工方法難以

14、獲得的復雜結構件，且很少或幾乎沒有材料浪費中船重工第七O五研究所試制完成金屬直接燒結快速成型技術（DMLS）首臺樣機，成為世界上第四家掌握該技術的企業(yè)直接金屬激光燒結成型技術（DirectMetalLaser-Sintering，縮寫DMLS）是3D打印技術領域王冠上的明珠。該技術因為直接用高能量的激光熔融金屬粉末沉積同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實體零件。而金屬本身是致密體重熔，不易產(chǎn)生粉末冶金那樣的成形時的空穴，結構件致密度可達99以上，接近鍛造的材料胚體。通過選用不同的燒結材料和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，可以生成性能差異變化很大的零件從具有多孔性的透氣鋼，到耐腐蝕的

15、不銹鋼再到組織致密的模具鋼。采用DMLS技術甚至能夠直接制造出非常復雜的零件，避免了采用銑削和放電加工，為設計提供了更寬的自由度。第十屆珠海航展上一個通過3D打印技術修復的受損戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機葉片在2014年11月舉辦的第十屆珠海航展上，西安鉑力特激光成形技術有限公司參展。在展品中，筆者看到一個受損的戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機葉片。據(jù)了解，這塊葉片是戰(zhàn)斗機在使用過程中造成損壞，由西安鉑力特使用3D打印技術進行了修復，實現(xiàn)了損壞零部件的修復再利用。還有一件展品就是C919客機緣條零件，該零件是首次在航展上曝光，作為大型客機的承重部件，已經(jīng)能夠使用國產(chǎn)的3D打印技術制造。3D打印技術在軍事領域意味著什么？五

16、、3D打印技術的應用在軍事領域意味著什么？與傳統(tǒng)技術相比，3D打印技術最突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而大幅縮短生產(chǎn)周期。此外3D打印技術還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼、熱交換器等工藝復雜的產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中還沒有與其功能無關的剩余物，一旦技術走向全面成熟，將大大降低生產(chǎn)成本。甚至一個人、一臺電腦、一部打印機就有可能組成一個“工廠”。3D打印技術最突出的優(yōu)點：無需機械加工或任何模具，直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件資料顯示上世紀八九十年代，要研發(fā)新一代戰(zhàn)斗機至少要花10-20年的時間。而使

17、用3D打印這種增材制造技術后，零件的成型速度、應用速度得以大幅度提高。如果借助3D打印技術及其他信息技術，最少只需3年時間就能研制出一款新戰(zhàn)斗機。除了能夠提升武器裝備的研發(fā)速度外，3D打印技術還能大幅降低武器裝備的造價成本。傳統(tǒng)的武器裝備生產(chǎn)中，原材料通過切割、磨削、腐蝕、熔融等工序，除去多余部分形成零部件，然后被拼裝、焊接成產(chǎn)品。這一過程中，將有90%的原材料被浪費掉。與傳統(tǒng)工藝不同，3D打印技術的武器裝備及其配件生產(chǎn)過程中，可直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，通過層層增加材料的方法“打印”出高精尖的武器裝備與配件，按需取材，整個生產(chǎn)過程幾乎沒有浪費。3D打印用于新型發(fā)動機的制造（圖源：新華網(wǎng)）有了3

18、D打印技術，只要知道武器構件的結構和材質(zhì)，無論多復雜，都可以做出來，而且成本還很低，制造裝備就變得異常容易。這顯然將使武器的價格下降和生產(chǎn)速度大大加快，尤其會使尖端武器“白菜化”，使一些原本為大國、強國壟斷的武器生產(chǎn)能力，擴散到小國、發(fā)展中國家或某些集團手里。2013年，美國一家公司利用3D打印技術，成功地打造出AR-15半自動步槍的彈匣和其它部件后來這家公司又宣布首款名為“解放者”的3D打印手槍試射成功全球最大的導彈生產(chǎn)商雷神公司使用3D打印技術制作的導彈部件美軍中一些想象力豐富的專家預測，在未來信息化戰(zhàn)場上，維修受損武器將變得十分輕松，技術保障人員可隨時啟動攜帶的3D打印機，直接把所需的部

19、件一個個“打印”出來，裝配起來，讓武器重新投入戰(zhàn)場。有了這種“克隆”武器的“移動兵工廠”，戰(zhàn)時可快速補充作戰(zhàn)消耗。3D打印無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工制造業(yè)六、3D打印短時間還無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工制造業(yè)隨著中國制造在航空領域的不斷進步，3D打印技術也迎來了發(fā)展的春風，相信在不久的將來，這一技術會更加成熟與完善，成為國際制造業(yè)中的一支標桿。但是3D打印技術要想完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工制造業(yè)目前還是不現(xiàn)實的，至少需要解決以下幾個方面的問題：中國PLA戰(zhàn)艦進港遇齒輪斷裂艦上3D打印快速修復1、3D打印的材料問題。目前可以廣泛應用的3D打印產(chǎn)品，集中在飾品、模具模型、個性化家居產(chǎn)品以及汽車飛機的小尺寸零件上，使用的材料無非是樹脂、塑料、普通金屬粉末等。這個產(chǎn)業(yè)要向高端發(fā)展，就必須突破性能要求非常高的合金材料、高分子復合材料這一關，這涉及的材料種類達幾百種甚至更多，只有這樣，3D打印技術才能