在殲 -20 的研制過程中，我國除了對鍛造設備進行改造升級外，還積極尋求新的技術手段，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中，金屬 3D 打印技術顯得尤為重要，這在各大媒體的宣傳中足以看出，那么 3D 打印技術究竟有何神奇之處呢？

金屬 3D 打印技術即 " 增材制造 " 技術，也稱 " 增量制造 "" 添材制造 "" 添加式制造 " 技術，是一種通過材料逐層添加堆積、實現(xiàn)構件無模成形的數(shù)字化制造技術。增材制造技術將 " 材料制備 / 精確成形 " 有機融為一體、并將三維復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件和結(jié)構提供了有效的途徑，同時該技術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)和使用維護等方面，都有巨大應用價值和廣闊應用前景。

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，增材制造技術主要包括 " 快速原型制造技術 " 和 " 高性能金屬構件直接制造技術 " 兩大類。其中 " 快速原型制造技術 " 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，其主要作用是服務于新產(chǎn)品的快速設計優(yōu)化、產(chǎn)品預評估、商業(yè)宣傳和批產(chǎn)前工裝模具制造準備，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?，F(xiàn)階段主要應用于藝術、文化創(chuàng)意、教育普及和娛樂等領域。

" 高性能金屬構件直接制造技術 " 則采用高功率激光束 ( 或電子束 ) 對粉末或絲材進行逐層熔化 / 凝固堆積，直接制造出致密金屬零件，技術難度大，迄今國外只突破了小型金屬構件激光直接制造技術。我國先后攻克了飛機次承力鈦合金復雜結(jié)構件，大型主承力鈦合金結(jié)構件的工程化應用技術，且順利通過在某型飛機上的全部應用試驗考核，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雜結(jié)構件工程化技術并實現(xiàn)在飛機上應用的國家。而實現(xiàn)大型主承力鈦合金結(jié)構件 ( 尺寸超過 5 平方米，甚至達 8 平方米左右 ) 的工程化及裝機應用，目前我國是世界唯一。其他國家還未能突破大型主承力構件激光直接制造及應用關鍵技術，高性能金屬構件直接制造已成為增材制造技術的重要發(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)構完整的 3D 打印技術體系，在個別領域達到國際領先水平，在許多領域達到國際先進水平，具備跨越式快速發(fā)展的良好基礎。比如：在 3D 打印的材料科學基礎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 打印達到了非常優(yōu)異的力學性能；研制了一批先進的光固化、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、航天復雜結(jié)構件制造、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用；涌現(xiàn)出幾十家 3D 打印設備制造與服務企業(yè)，為多行業(yè)新產(chǎn)品快速開發(fā)與創(chuàng)新設計提供了支撐。特別值得一提的是，我國西北工業(yè)大學、航空制造研究所和北京航空航天大學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、裝備及應用技術等研究方面，都作出了國際先進的研究工作。

增材制造的燃氣輪機渦輪動葉

西工大于 1995 年在國內(nèi)首先提出激光立體成形的技術構思，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性能的復雜結(jié)構金屬零件的快速自由成形技術。

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，" 多材料任意復合梯度結(jié)構材料及其近終成形 " 項目獲得國家 863 計劃資助，其技術于 2005 年應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鍵貢獻。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成立了西安鉑力特激光成形技術有限公司，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 5 米 ) 。經(jīng)材料性能、結(jié)構性能、零件取樣性能測試和大部件破壞性測試所有環(huán)節(jié)的力學性能測試，完全滿足設計要求，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)學研 " 緊密結(jié)合，突破了鈦合金、超高強度鋼等材料的大型關鍵構件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備、標準和應用關鍵技術，研制出目前世界上最大的飛機鈦合金大型結(jié)構件激光快速成形工程化成套裝備 ( 可加工尺寸達 8 左右的構件 ) , 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鍵主承力構件，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件成功裝機工程應用的國家，獲得了 2012 年度 " 國家技術發(fā)明一等獎 "。

利用 3D 打印技術生產(chǎn)的零，部件，力學性能與鍛件相當甚至超出，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 1607 千克，而采用國產(chǎn)設備進行 3D 打印則只有 136 千克。

C919 中型客機

這些新技術的使用，都使殲 -20 戰(zhàn)機在減輕空重、增強機體結(jié)構、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，我國除了對鍛造設備進行改造升級外，還積極尋求新的技術手段，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中，金屬 3D 打印技術顯得尤為重要，這在各大媒體的宣傳中足以看出，那么 3D 打印技術究竟有何神奇之處呢？

金屬 3D 打印技術即 " 增材制造 " 技術，也稱 " 增量制造 "" 添材制造 "" 添加式制造 " 技術，是一種通過材料逐層添加堆積、實現(xiàn)構件無模成形的數(shù)字化制造技術。增材制造技術將 " 材料制備 / 精確成形 " 有機融為一體、并將三維復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件和結(jié)構提供了有效的途徑，同時該技術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)和使用維護等方面，都有巨大應用價值和廣闊應用前景。

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，增材制造技術主要包括 " 快速原型制造技術 " 和 " 高性能金屬構件直接制造技術 " 兩大類。其中 " 快速原型制造技術 " 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，其主要作用是服務于新產(chǎn)品的快速設計優(yōu)化、產(chǎn)品預評估、商業(yè)宣傳和批產(chǎn)前工裝模具制造準備，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?，F(xiàn)階段主要應用于藝術、文化創(chuàng)意、教育普及和娛樂等領域。

" 高性能金屬構件直接制造技術 " 則采用高功率激光束 ( 或電子束 ) 對粉末或絲材進行逐層熔化 / 凝固堆積，直接制造出致密金屬零件，技術難度大，迄今國外只突破了小型金屬構件激光直接制造技術。我國先后攻克了飛機次承力鈦合金復雜結(jié)構件，大型主承力鈦合金結(jié)構件的工程化應用技術，且順利通過在某型飛機上的全部應用試驗考核，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雜結(jié)構件工程化技術并實現(xiàn)在飛機上應用的國家。而實現(xiàn)大型主承力鈦合金結(jié)構件 ( 尺寸超過 5 平方米，甚至達 8 平方米左右 ) 的工程化及裝機應用，目前我國是世界唯一。其他國家還未能突破大型主承力構件激光直接制造及應用關鍵技術，高性能金屬構件直接制造已成為增材制造技術的重要發(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)構完整的 3D 打印技術體系，在個別領域達到國際領先水平，在許多領域達到國際先進水平，具備跨越式快速發(fā)展的良好基礎。比如：在 3D 打印的材料科學基礎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 打印達到了非常優(yōu)異的力學性能；研制了一批先進的光固化、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、航天復雜結(jié)構件制造、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用；涌現(xiàn)出幾十家 3D 打印設備制造與服務企業(yè)，為多行業(yè)新產(chǎn)品快速開發(fā)與創(chuàng)新設計提供了支撐。特別值得一提的是，我國西北工業(yè)大學、航空制造研究所和北京航空航天大學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、裝備及應用技術等研究方面，都作出了國際先進的研究工作。

增材制造的燃氣輪機渦輪動葉

西工大于 1995 年在國內(nèi)首先提出激光立體成形的技術構思，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性能的復雜結(jié)構金屬零件的快速自由成形技術。

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，" 多材料任意復合梯度結(jié)構材料及其近終成形 " 項目獲得國家 863 計劃資助，其技術于 2005 年應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鍵貢獻。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成立了西安鉑力特激光成形技術有限公司，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 5 米 ) 。經(jīng)材料性能、結(jié)構性能、零件取樣性能測試和大部件破壞性測試所有環(huán)節(jié)的力學性能測試，完全滿足設計要求，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)學研 " 緊密結(jié)合，突破了鈦合金、超高強度鋼等材料的大型關鍵構件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備、標準和應用關鍵技術，研制出目前世界上最大的飛機鈦合金大型結(jié)構件激光快速成形工程化成套裝備 ( 可加工尺寸達 8 左右的構件 ) , 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鍵主承力構件，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件成功裝機工程應用的國家，獲得了 2012 年度 " 國家技術發(fā)明一等獎 "。

利用 3D 打印技術生產(chǎn)的零，部件，力學性能與鍛件相當甚至超出，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 1607 千克，而采用國產(chǎn)設備進行 3D 打印則只有 136 千克。

C919 中型客機

這些新技術的使用，都使殲 -20 戰(zhàn)機在減輕空重、增強機體結(jié)構、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