在殲 -20 的研制過程中，我國除了對鍛造設(shè)備進(jìn)行改造升級外，還積極尋求新的技術(shù)手段，并取得了世人矚目的成就，而運用在殲 -20 制造時的一系列新技術(shù)中，金屬 3D 打印技術(shù)顯得尤為重要，這在各大媒體的宣傳中足以看出，那么 3D 打印技術(shù)究竟有何神奇之處呢？

金屬 3D 打印技術(shù)即 " 增材制造 " 技術(shù)，也稱 " 增量制造 "" 添材制造 "" 添加式制造 " 技術(shù)，是一種通過材料逐層添加堆積、實現(xiàn)構(gòu)件無模成形的數(shù)字化制造技術(shù)。增材制造技術(shù)將 " 材料制備 / 精確成形 " 有機融為一體、并將三維復(fù)雜形狀零件制造離散為簡單的二維平面形狀的逐層疊加，為設(shè)計人員實現(xiàn)奇思妙想，特別是實現(xiàn)高性能或超常性能構(gòu)件和結(jié)構(gòu)提供了有效的途徑，同時該技術(shù)更能大幅度縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、節(jié)省材料消耗和加工制造費用。這些優(yōu)勢，使得增材制造技術(shù)為制造業(yè)的變革提供了可能，在重大武器裝備的研制、生產(chǎn)和使用維護(hù)等方面，都有巨大應(yīng)用價值和廣闊應(yīng)用前景。

3D 打印機原理說的簡單一點就是斷層掃描的逆過程 , 斷層掃描是把某個東西 " 切 " 成無數(shù)疊加的片 ,3D 打印就是一片一片的打印 , 然后疊加到一起 , 成為一個立體物體，它與傳統(tǒng)打印機的區(qū)別在于它使用的 " 墨水 " 是實實在在的原材料。

目前，增材制造技術(shù)主要包括 " 快速原型制造技術(shù) " 和 " 高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù) " 兩大類。其中 " 快速原型制造技術(shù) " 主要制造尺寸較小，由樹脂、石蠟、紙張等材料組成的原型樣件及由陶瓷、金屬粉末組成的 " 非致密 " 原型樣件或模型，這些原型樣件原則上不能用于直接裝備制造，其主要作用是服務(wù)于新產(chǎn)品的快速設(shè)計優(yōu)化、產(chǎn)品預(yù)評估、商業(yè)宣傳和批產(chǎn)前工裝模具制造準(zhǔn)備，可有效縮短新產(chǎn)品研制周期，降低產(chǎn)品研發(fā)和制造成本。現(xiàn)階段主要應(yīng)用于藝術(shù)、文化創(chuàng)意、教育普及和娛樂等領(lǐng)域。

" 高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù) " 則采用高功率激光束 ( 或電子束 ) 對粉末或絲材進(jìn)行逐層熔化 / 凝固堆積，直接制造出致密金屬零件，技術(shù)難度大，迄今國外只突破了小型金屬構(gòu)件激光直接制造技術(shù)。我國先后攻克了飛機次承力鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，大型主承力鈦合金結(jié)構(gòu)件的工程化應(yīng)用技術(shù)，且順利通過在某型飛機上的全部應(yīng)用試驗考核，使我國成為繼美國之后世界上第二個掌握飛機次承力鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件工程化技術(shù)并實現(xiàn)在飛機上應(yīng)用的國家。而實現(xiàn)大型主承力鈦合金結(jié)構(gòu)件 ( 尺寸超過 5 平方米，甚至達(dá) 8 平方米左右 ) 的工程化及裝機應(yīng)用，目前我國是世界唯一。其他國家還未能突破大型主承力構(gòu)件激光直接制造及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，高性能金屬構(gòu)件直接制造已成為增材制造技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

在國家研發(fā)投入的持續(xù)支持和重大工程需求拉動下，我國已形成體系結(jié)構(gòu)完整的 3D 打印技術(shù)體系，在個別領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在許多領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平，具備跨越式快速發(fā)展的良好基礎(chǔ)。比如：在 3D 打印的材料科學(xué)基礎(chǔ)方面有一些比較系統(tǒng)深入的研究，開發(fā)了一系列 3D 打印非金屬材料，金屬 3D 打印達(dá)到了非常優(yōu)異的力學(xué)性能；研制了一批先進(jìn)的光固化、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔化、激光沉積成形、熔融沉積、電子束制造等工藝裝備；在航空發(fā)動機零件制造、飛機功能件和承力件制造、航天復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造、汽車和家電行業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)、個性化醫(yī)療等方面得到了大量應(yīng)用；涌現(xiàn)出幾十家 3D 打印設(shè)備制造與服務(wù)企業(yè)，為多行業(yè)新產(chǎn)品快速開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計提供了支撐。特別值得一提的是，我國西北工業(yè)大學(xué)、航空制造研究所和北京航空航天大學(xué)等單位在大型金屬零件激光及電子束熔化沉積增材制造工藝、裝備及應(yīng)用技術(shù)等研究方面，都作出了國際先進(jìn)的研究工作。

增材制造的燃?xì)廨啓C渦輪動葉

西工大于 1995 年在國內(nèi)首先提出激光立體成形的技術(shù)構(gòu)思，將增材成形原理與送粉式激光熔覆相結(jié)合，形成一種可獲得具有鍛件力學(xué)性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的快速自由成形技術(shù)。

1997 年，" 金屬粉材激光立體成形的熔凝組織與性能研究 " 獲得航空科學(xué)基金重點項目資助，是中國金屬增材制造第一個正式立項的科研項目。2001 年，" 多材料任意復(fù)合梯度結(jié)構(gòu)材料及其近終成形 " 項目獲得國家 863 計劃資助，其技術(shù)于 2005 年應(yīng)用于我國研制的首臺推重比 10 航空發(fā)動機軸承后機匣制造，為該發(fā)動機按時裝機試車做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。該零件下部為 In961 合金鑄件，上部為 GH4169 鎳基高溫合金激光立體成形件，是以鑄件為基材，異種材質(zhì)增材制造的首個應(yīng)用案例。

西工大首先研制出五軸聯(lián)動的專用激光立體快速成形機，實現(xiàn)了商業(yè)化銷售：2006 年將 LSF-III 型裝備售與航天 306 所。2011 年 7 月，依托西工大增材制造技術(shù)成立了西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司，它成立后立即為中國商飛提供了激光增材制造大型鈦合金機翼梁 ( 長達(dá) 5 米 ) 。經(jīng)材料性能、結(jié)構(gòu)性能、零件取樣性能測試和大部件破壞性測試所有環(huán)節(jié)的力學(xué)性能測試，完全滿足設(shè)計要求，包括疲勞性能在內(nèi)的綜合性能優(yōu)于鍛件，強度一致性優(yōu)于 2%, 遠(yuǎn)高于商飛 5% 的要求。另外，運 -20、殲 -10B/C、殲 -20 等多型飛機也采用了該技術(shù)生產(chǎn)零、部件。

殲 -10C 戰(zhàn)斗機

北航和航空工業(yè)沈陽所，航空工業(yè)—飛院及沈飛、成飛、西飛公司等單位 " 產(chǎn)學(xué)研 " 緊密結(jié)合，突破了鈦合金、超高強度鋼等材料的大型關(guān)鍵構(gòu)件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，研制出目前世界上最大的飛機鈦合金大型結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套裝備 ( 可加工尺寸達(dá) 8 左右的構(gòu)件 ) , 同時研制生產(chǎn)出 30 余種鈦合金及超高強度鋼大型整體關(guān)鍵主承力構(gòu)件，解決了 C919，殲 -15，殲 -20、" 鶻鷹 " 等多型飛機研制的瓶頸難題，并使我國成為目前世界上唯一實現(xiàn)激光成形鈦合金大型整體主承力構(gòu)件成功裝機工程應(yīng)用的國家，獲得了 2012 年度 " 國家技術(shù)發(fā)明一等獎 "。

利用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)的零，部件，力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)甚至超出，尺寸精度高，而體積重量則明顯更小。例如，《科技日報》2017 年 7 月 11 日報道，我國最近試飛成功的 C919 中型客機，其機身部段的機翼上，下緣條及前后三叉接頭，采用傳統(tǒng)鍛造生產(chǎn)重達(dá) 1607 千克，而采用國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行 3D 打印則只有 136 千克。

C919 中型客機

這些新技術(shù)的使用，都使殲 -20 戰(zhàn)機在減輕空重、增強機體結(jié)構(gòu)、提升戰(zhàn)機性能方面，有了大幅提升。

文章來源：兵工那些事兒

在殲 -20 的研制過程中，我國除了對鍛造設(shè)備進(jìn)行改造升級外，還積極尋求新的技術(shù)手段，并取得了世人矚目的成就，而運用在殲 -20 制造時的一系列新技術(shù)中，金屬 3D 打印技術(shù)顯得尤為重要，這在各大媒體的宣傳中足以看出，那么 3D 打印技術(shù)究竟有何神奇之處呢？

金屬 3D 打印技術(shù)即 " 增材制造 " 技術(shù)，也稱 " 增量制造 "" 添材制造 "" 添加式制造 " 技術(shù)，是一種通過材料逐層添加堆積、實現(xiàn)構(gòu)件無模成形的數(shù)字化制造技術(shù)。增材制造技術(shù)將 " 材料制備 / 精確成形 " 有機融為一體、并將三維復(fù)雜形狀零件制造離散為簡單的二維平面形狀的逐層疊加，為設(shè)計人員實現(xiàn)奇思妙想，特別是實現(xiàn)高性能或超常性能構(gòu)件和結(jié)構(gòu)提供了有效的途徑，同時該技術(shù)更能大幅度縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、節(jié)省材料消耗和加工制造費用。這些優(yōu)勢，使得增材制造技術(shù)為制造業(yè)的變革提供了可能，在重大武器裝備的研制、生產(chǎn)和使用維護(hù)等方面，都有巨大應(yīng)用價值和廣闊應(yīng)用前景。

3D 打印機原理說的簡單一點就是斷層掃描的逆過程 , 斷層掃描是把某個東西 " 切 " 成無數(shù)疊加的片 ,3D 打印就是一片一片的打印 , 然后疊加到一起 , 成為一個立體物體，它與傳統(tǒng)打印機的區(qū)別在于它使用的 " 墨水 " 是實實在在的原材料。

目前，增材制造技術(shù)主要包括 " 快速原型制造技術(shù) " 和 " 高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù) " 兩大類。其中 " 快速原型制造技術(shù) " 主要制造尺寸較小，由樹脂、石蠟、紙張等材料組成的原型樣件及由陶瓷、金屬粉末組成的 " 非致密 " 原型樣件或模型，這些原型樣件原則上不能用于直接裝備制造，其主要作用是服務(wù)于新產(chǎn)品的快速設(shè)計優(yōu)化、產(chǎn)品預(yù)評估、商業(yè)宣傳和批產(chǎn)前工裝模具制造準(zhǔn)備，可有效縮短新產(chǎn)品研制周期，降低產(chǎn)品研發(fā)和制造成本。現(xiàn)階段主要應(yīng)用于藝術(shù)、文化創(chuàng)意、教育普及和娛樂等領(lǐng)域。

" 高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù) " 則采用高功率激光束 ( 或電子束 ) 對粉末或絲材進(jìn)行逐層熔化 / 凝固堆積，直接制造出致密金屬零件，技術(shù)難度大，迄今國外只突破了小型金屬構(gòu)件激光直接制造技術(shù)。我國先后攻克了飛機次承力鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，大型主承力鈦合金結(jié)構(gòu)件的工程化應(yīng)用技術(shù)，且順利通過在某型飛機上的全部應(yīng)用試驗考核，使我國成為繼美國之后世界上第二個掌握飛機次承力鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件工程化技術(shù)并實現(xiàn)在飛機上應(yīng)用的國家。而實現(xiàn)大型主承力鈦合金結(jié)構(gòu)件 ( 尺寸超過 5 平方米，甚至達(dá) 8 平方米左右 ) 的工程化及裝機應(yīng)用，目前我國是世界唯一。其他國家還未能突破大型主承力構(gòu)件激光直接制造及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，高性能金屬構(gòu)件直接制造已成為增材制造技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

在國家研發(fā)投入的持續(xù)支持和重大工程需求拉動下，我國已形成體系結(jié)構(gòu)完整的 3D 打印技術(shù)體系，在個別領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在許多領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平，具備跨越式快速發(fā)展的良好基礎(chǔ)。比如：在 3D 打印的材料科學(xué)基礎(chǔ)方面有一些比較系統(tǒng)深入的研究，開發(fā)了一系列 3D 打印非金屬材料，金屬 3D 打印達(dá)到了非常優(yōu)異的力學(xué)性能；研制了一批先進(jìn)的光固化、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔化、激光沉積成形、熔融沉積、電子束制造等工藝裝備；在航空發(fā)動機零件制造、飛機功能件和承力件制造、航天復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造、汽車和家電行業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)、個性化醫(yī)療等方面得到了大量應(yīng)用；涌現(xiàn)出幾十家 3D 打印設(shè)備制造與服務(wù)企業(yè)，為多行業(yè)新產(chǎn)品快速開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計提供了支撐。特別值得一提的是，我國西北工業(yè)大學(xué)、航空制造研究所和北京航空航天大學(xué)等單位在大型金屬零件激光及電子束熔化沉積增材制造工藝、裝備及應(yīng)用技術(shù)等研究方面，都作出了國際先進(jìn)的研究工作。

增材制造的燃?xì)廨啓C渦輪動葉

西工大于 1995 年在國內(nèi)首先提出激光立體成形的技術(shù)構(gòu)思，將增材成形原理與送粉式激光熔覆相結(jié)合，形成一種可獲得具有鍛件力學(xué)性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的快速自由成形技術(shù)。

1997 年，" 金屬粉材激光立體成形的熔凝組織與性能研究 " 獲得航空科學(xué)基金重點項目資助，是中國金屬增材制造第一個正式立項的科研項目。2001 年，" 多材料任意復(fù)合梯度結(jié)構(gòu)材料及其近終成形 " 項目獲得國家 863 計劃資助，其技術(shù)于 2005 年應(yīng)用于我國研制的首臺推重比 10 航空發(fā)動機軸承后機匣制造，為該發(fā)動機按時裝機試車做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。該零件下部為 In961 合金鑄件，上部為 GH4169 鎳基高溫合金激光立體成形件，是以鑄件為基材，異種材質(zhì)增材制造的首個應(yīng)用案例。

西工大首先研制出五軸聯(lián)動的專用激光立體快速成形機，實現(xiàn)了商業(yè)化銷售：2006 年將 LSF-III 型裝備售與航天 306 所。2011 年 7 月，依托西工大增材制造技術(shù)成立了西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司，它成立后立即為中國商飛提供了激光增材制造大型鈦合金機翼梁 ( 長達(dá) 5 米 ) 。經(jīng)材料性能、結(jié)構(gòu)性能、零件取樣性能測試和大部件破壞性測試所有環(huán)節(jié)的力學(xué)性能測試，完全滿足設(shè)計要求，包括疲勞性能在內(nèi)的綜合性能優(yōu)于鍛件，強度一致性優(yōu)于 2%, 遠(yuǎn)高于商飛 5% 的要求。另外，運 -20、殲 -10B/C、殲 -20 等多型飛機也采用了該技術(shù)生產(chǎn)零、部件。

殲 -10C 戰(zhàn)斗機

北航和航空工業(yè)沈陽所，航空工業(yè)—飛院及沈飛、成飛、西飛公司等單位 " 產(chǎn)學(xué)研 " 緊密結(jié)合，突破了鈦合金、超高強度鋼等材料的大型關(guān)鍵構(gòu)件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，研制出目前世界上最大的飛機鈦合金大型結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套裝備 ( 可加工尺寸達(dá) 8 左右的構(gòu)件 ) , 同時研制生產(chǎn)出 30 余種鈦合金及超高強度鋼大型整體關(guān)鍵主承力構(gòu)件，解決了 C919，殲 -15，殲 -20、" 鶻鷹 " 等多型飛機研制的瓶頸難題，并使我國成為目前世界上唯一實現(xiàn)激光成形鈦合金大型整體主承力構(gòu)件成功裝機工程應(yīng)用的國家，獲得了 2012 年度 " 國家技術(shù)發(fā)明一等獎 "。

利用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)的零，部件，力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)甚至超出，尺寸精度高，而體積重量則明顯更小。例如，《科技日報》2017 年 7 月 11 日報道，我國最近試飛成功的 C919 中型客機，其機身部段的機翼上，下緣條及前后三叉接頭，采用傳統(tǒng)鍛造生產(chǎn)重達(dá) 1607 千克，而采用國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行 3D 打印則只有 136 千克。

C919 中型客機

這些新技術(shù)的使用，都使殲 -20 戰(zhàn)機在減輕空重、增強機體結(jié)構(gòu)、提升戰(zhàn)機性能方面，有了大幅提升。

文章來源：兵工那些事兒