本帖最后由 武巖 于 2013-3-15 10:14 編輯
中國先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)突飛猛進(jìn) 得益于制造技術(shù)領(lǐng)先世界 殲-15、殲-16、殲-31……近年來，中國軍事科技突飛猛進(jìn)，以先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)為代表的各種尖端武器密集亮相，讓世界看花了眼。近日，在全國兩會(huì)上，全國政協(xié)委員、殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰爆出了中國軍工迅速發(fā)展的秘密——領(lǐng)先世界的3D打印技術(shù)。這項(xiàng)被英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》認(rèn)為“將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”的技術(shù)，早已引發(fā)美國、歐洲諸國的激烈鏖戰(zhàn)，“戰(zhàn)火”從太空一直蔓延到器官移植，從F-35、F-22等先進(jìn)武器“燒”到每個(gè)人的日常用品，現(xiàn)在中國竟后來居上，確實(shí)讓美歐大吃一驚。
3D打印助推中國新戰(zhàn)機(jī)研制
全國兩會(huì)上匯集著中國最耀眼的各路“明星”，這當(dāng)然包括全國政協(xié)委員、中航工業(yè)副總工程師、中國航母艦載機(jī)殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰。2012年11月，殲-15艦載機(jī)在中國首艘航母“遼寧艦”成功起降，讓這位科技明星成了記者追逐的對(duì)象。 “對(duì)不起，對(duì)不起，這些真不能說”，面對(duì)記者提出的幾個(gè)有關(guān)艦載機(jī)的問題，擔(dān)心一開口就說出秘密的孫聰始終微笑著守口如瓶，但還是在不死心的記者“逼問”下，透露了不少“秘密”。
“我想說的是，2012年是我國中航工業(yè)和我國航空工業(yè)井噴之年。讓世界震驚的不光是技術(shù)，更因?yàn)楹娇展I(yè)發(fā)展體現(xiàn)了中國速度”，面對(duì)《科技日?qǐng)?bào)》的專訪，孫聰說。作為我國自行設(shè)計(jì)研制的首型艦載多用途戰(zhàn)斗機(jī)，殲-15可以說 “高起點(diǎn)，高起步，從一無所有一下子跨越到第三代戰(zhàn)斗機(jī)的艦載機(jī)，殲-15達(dá)到美國最先進(jìn)的第三代艦載機(jī)‘大黃蜂’的技術(shù)水準(zhǔn)。”
從沒有技術(shù)儲(chǔ)備、技術(shù)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)、人才隊(duì)伍的一張白紙做起，殲-15如何實(shí)現(xiàn)這一飛躍？孫聰透露，殲-15項(xiàng)目率先采用了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)理念：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)流程，提高了試制效率；五級(jí)成熟度管理模式，沖破設(shè)計(jì)和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術(shù)關(guān)系緊密。他透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于新機(jī)試制過程，主要是主承力部分。
在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)行長期的投入來制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印這種增材制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技術(shù)，殲-15戰(zhàn)斗機(jī)至今能否首飛都很難講。
“鈦合金3D打印技術(shù)已用于新機(jī)研制”，這一條消息立刻成為媒體矚目的焦點(diǎn)。《京華時(shí)報(bào)》引述孫聰?shù)脑捳f，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已廣泛用于新機(jī)設(shè)計(jì)試制過程。報(bào)道稱，于去年10月至11月首飛成功的機(jī)型，廣泛使用了3D打印技術(shù)制造鈦合金主承力部分，包括整個(gè)前起落架。“2002年，3D打印技術(shù)剛萌芽時(shí)，我們就進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)，通過與北航的合作，目前已具備一定產(chǎn)業(yè)能力。” 同時(shí)擔(dān)任“鶻鷹”飛機(jī)（殲-31）總設(shè)計(jì)師的孫聰透露另一個(gè)好消息，希望“鶻鷹”飛機(jī)未來和殲-20進(jìn)行高低任務(wù)搭配，保持持續(xù)打擊能力，同時(shí)也希望“鶻鷹”的改進(jìn)版能成為中國下一代艦載機(jī)。相信在3D打印技術(shù)的支持下，這一天也會(huì)很快到來。
美國空軍敏銳抓住“3D打印”
用3D打印技術(shù)制造戰(zhàn)機(jī)，中國并不是第一家。1984年，美國開發(fā)出從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)打印出3D物體的技術(shù)，并在2年后開發(fā)出第一臺(tái)商業(yè)3D打印機(jī)。之所以叫“打印機(jī)”，是因?yàn)樗梃b了打印機(jī)的噴墨技術(shù)，只不過，普通的打印機(jī)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(shí)物來。
以一個(gè)手電筒為例，3D打印機(jī)能通過電腦將手電筒進(jìn)行立體掃描，創(chuàng)建三維設(shè)計(jì)圖，之后對(duì)這個(gè)立體原型進(jìn)行“切片”，分成一層一層的，之后，打印機(jī)就將原材料按照設(shè)計(jì)圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個(gè)手電筒來，只不過3D打印機(jī)噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。
傳統(tǒng)數(shù)控制造主要是“去除型”，即在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品，而3D打印則顛覆了這一觀念，無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過一層層增加材料的方法直接造出任何形狀的物體，這不僅縮短產(chǎn)品研制周期、簡化產(chǎn)品的制造程序，提高效率，而且大打降低了成本，因此被稱為“增材制造”。
美國空軍一下子就被這種新技術(shù)吸引，他們認(rèn)為，如果將這種技術(shù)用在武器制造上，產(chǎn)生的威力將是驚人的。在航空工業(yè)上廣泛被使用的一種金屬是鈦，它的密度只有鋼鐵的一半，強(qiáng)度卻遠(yuǎn)勝于絕大多數(shù)合金，如果通過激光將鈦熔化并一層層噴出飛機(jī)來，無疑將大大提高美國戰(zhàn)機(jī)的制造速度。為此，1985年，在五角大樓主導(dǎo)下，美國秘密開始了鈦合金激光成形技術(shù)研究，1992年這項(xiàng)技術(shù)才公之于眾，在2002年，美國已將激光成形鈦合金零件裝上了戰(zhàn)機(jī)。
不過，由于在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術(shù)難題無法解決，美國始終無法生產(chǎn)高強(qiáng)度、大尺寸的激光成形鈦合金構(gòu)件。2005年，美國從事鈦合金激光成型制造業(yè)務(wù)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(fù)雜鈦合金構(gòu)件，沒能實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的市場應(yīng)用而倒閉。美國的其他國家實(shí)驗(yàn)室也無法攻克這一難題，只能進(jìn)行小尺寸鈦合金部件的打印或進(jìn)行鈦合金零件表面修復(fù)。
中國領(lǐng)跑神奇的“3D打印”
中國的鈦合金激光成形技術(shù)起步較晚，直到1995年美國解密其研發(fā)計(jì)劃3年后才開始投入研究。早期基本屬于跟隨美國的學(xué)習(xí)階段，不過卻后來居上，其中，中航激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)取得的成就最為顯著。“觀察者網(wǎng)”文章表示，早在2000年前后，中航激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術(shù)”研發(fā)，解決了多項(xiàng)世界技術(shù)難題、生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸達(dá)到4米量級(jí)、性能滿足主承力結(jié)構(gòu)要求的產(chǎn)品。
目前，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)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(gòu)件制造、應(yīng)用的國家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產(chǎn)的鈦合金結(jié)構(gòu)部件迅速成為中國航空力量的一項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)勢，目前，中國先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)上的鈦合金構(gòu)件所占比例已超過20%。
如果與傳統(tǒng)制造技術(shù)做一個(gè)對(duì)比，就會(huì)對(duì)中國近年新飛機(jī)接連亮相的原因有個(gè)大概了解。傳統(tǒng)鈦合金零件制造，主要依靠鑄造和鍛造，其中鑄造零件用于大尺寸制造，美國F-22戰(zhàn)機(jī)的主要承力部件便是大型鑄造鈦合金框，但鑄造的零件重量較大且無法加工成精細(xì)的形狀；鍛造切削精度較好，但零件制造浪費(fèi)嚴(yán)重，原料的95%都會(huì)被作為廢料切掉。讓飛機(jī)制造商頭疼的是，由于受到機(jī)器的限制，鍛造鈦合金的尺寸也不能過大。3萬噸大型水壓機(jī)只能鍛造不超過0.8平方米的零件，即使世界最大的8萬噸水壓機(jī)，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。而且這兩種技術(shù)都無法制造復(fù)雜的鈦合金構(gòu)件，而焊接則會(huì)遇到可怕的鈦合金腐蝕現(xiàn)象。
激光鈦合金成形技術(shù)則完全解決了這一系列難題，它節(jié)約了90%的昂貴的原材料，還不需要制造專用模具，原本相當(dāng)于材料成本1-2倍的加工費(fèi)現(xiàn)在只需原來的10%。加工1噸重的鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)工藝成本大約2500萬元，而激光3D焊接快速成型技術(shù)的成本僅130萬元左右，僅是傳統(tǒng)工藝的5%。
更重要的是，許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鈦合金構(gòu)件可以通過3D打印的方式一體成型，不僅節(jié)省了工時(shí)，還大大提高了材料強(qiáng)度。“觀察者網(wǎng)”文章表示，美國F-22戰(zhàn)機(jī)的鈦合金鍛件如果使用中國的3D打印技術(shù)制造，在強(qiáng)度相當(dāng)?shù)那闆r下，重量最多可減少40%。文章表示，在航空領(lǐng)域，在中航成飛和沈飛的下一代戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)中，激光鈦合金成形技術(shù)已得到廣泛運(yùn)用。通過這一技術(shù)，正在研制的兩型第五代戰(zhàn)斗機(jī)殲-20和殲-31采用鈦合金的主體結(jié)構(gòu)，成功降低了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，提高了戰(zhàn)機(jī)的推重比；沈飛在一年之內(nèi)連續(xù)組裝出殲-15、殲-16、殲-31等多型戰(zhàn)斗機(jī)并試飛，很大程度上得益于鈦合金3D打印的低成本和快速、便捷。
此外，中國民用航空制造業(yè)也開始應(yīng)用這一技術(shù)。在西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室下設(shè)的激光制造工程中心，通過激光立體成型技術(shù)為將于2014年投產(chǎn)、2016年投入運(yùn)營的國產(chǎn)客機(jī)C-919制造了鈦合金翼梁，長度超過5米。除制造外，這些部件即使出現(xiàn)問題，也可以使用同樣的技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，而無需重新制造，這將可以節(jié)省大量用于更換受損部件的費(fèi)用。憑借激光鈦合金成形技術(shù)，中國在航空材料科學(xué)領(lǐng)域第一次走在了世界先進(jìn)水平的前列，正因?yàn)槿绱耍衲?月18日，國務(wù)院向“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”頒發(fā)國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“3D大戰(zhàn)”真的來了
中國在鈦合金3D打印技術(shù)上的突飛猛進(jìn)，使該領(lǐng)域的先行者美國甚為著急。今年1月14日，美國Sciaky公司宣布，他們已成功掌握了突破性的直接制造技術(shù)，使用電子束進(jìn)行鈦合金3D打印，制造的零件尺寸可以達(dá)到5.8米×1.2米×1.2米。
Sciaky表示，自己找到了一種比激光更厲害的能量源：電子束。利用功率高達(dá)42千瓦的電子束槍，Sciaky的3D打印機(jī)可達(dá)到超高速，每小時(shí)能打印15-40磅金屬鈦，而大多數(shù)競爭者僅能達(dá)到每小時(shí)5磅。從數(shù)據(jù)上看，這一打印速度和零件尺寸已超過中國。不久前，中國西北工業(yè)大學(xué)剛用鈦合金激光3D打印技術(shù)生產(chǎn)了長度為5米的飛機(jī)主承力梁，而中航3D激光打印技術(shù)則可打印4米×3米×2米的零件，雖在長度上不如美國，但在面積上仍領(lǐng)先美國。
美國空軍和軍工巨頭洛克希德·馬丁公司立即宣布，與 Sciaky加強(qiáng)合作，用該公司生產(chǎn)的襟副翼翼梁裝備正在生產(chǎn)的F-35戰(zhàn)斗機(jī)。據(jù)估計(jì)，如果3000多架戰(zhàn)機(jī)都使用這種技術(shù)制造零部件，不僅大大提高“難產(chǎn)”的F-35戰(zhàn)機(jī)的部署速度，而且還能節(jié)省數(shù)十億美元成本。目前，使用3D打印鈦合金零件的F-35已經(jīng)進(jìn)行了試飛。
“3D大戰(zhàn)”的“戰(zhàn)火”已蔓延至太空。2012年7月，美國太空網(wǎng)透露，美國宇航局（NASA）正在測試新一代3D打印機(jī)，可以在繞地球飛行時(shí)制造設(shè)備零部件，并希望把這種打印機(jī)送到火星上。早在2002年，NASA就研制出3D打印機(jī)，能按要求在短短幾小時(shí)內(nèi)為建筑物組件或工具制造金屬零件。不過，由于打印機(jī)有些笨重，NASA一直在進(jìn)行改進(jìn)。一旦成功，這對(duì)美國的太空霸權(quán)無異于如虎添翼。宇宙飛船里可謂真正的寸土寸金，一旦飛船上面的某個(gè)零部件壞了，想換一個(gè)新的非常困難，而攜帶備用零件的話會(huì)增加飛船體積和重量。飛船升空時(shí)帶上一臺(tái)3D打印機(jī)，宇航員們就只需攜帶所需的金屬絲物料，不用攜帶零部件成品，節(jié)省空間的同時(shí)減輕了負(fù)載，更重要的是，他們幾乎可以按需打印任何物品，上太空時(shí)，也無需擔(dān)心發(fā)射時(shí)遺漏物資和設(shè)備。
這一消息讓另一航天大鱷——?dú)W洲有些坐不住。今年2月初，歐洲航天局宣布，將利用3D打印技術(shù)在月球上建立首個(gè)人類基地，據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，歐洲航天局計(jì)劃讓機(jī)器人攜帶3D打印機(jī)“空降”到月球上，它們將就地取材，利用3D打印技術(shù)將月球上的原始土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料。歐洲航天局表示，月球基地建筑材料的90%都可能實(shí)現(xiàn)就地取材。歐洲太空專家表示，一切進(jìn)展順利的話，該月球基地有望在未來40年內(nèi)投入使用。
對(duì)于各個(gè)大國來說，在這場“3D大戰(zhàn)”中的輸贏可能決定未來的命運(yùn)。與航空航天業(yè)相比，3D技術(shù)早已在其他工業(yè)制造、生物醫(yī)療、建筑工程、個(gè)人化定制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于只需要一張三維圖就可以“制造任何東西”，如果3D打印機(jī)進(jìn)入家庭，每個(gè)人都可以是一家工廠。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為3D打印技術(shù)將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”，整個(gè)世界的制造業(yè)與物流格局都會(huì)因此被徹底顛覆。
美國已將3D打印視為再次奪回制造業(yè)大國地位的重要技術(shù)。據(jù)《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，2011年，中國在工業(yè)規(guī)模上壓倒美國，成為世界第一工業(yè)國。此前只有英國和美國兩個(gè)世界霸主曾占據(jù)這一位置。雖然美國依然有發(fā)達(dá)的金融業(yè)和強(qiáng)大的軍隊(duì)，但還是有不少美國人擔(dān)心美國會(huì)因此衰落，而與中國廉價(jià)勞動(dòng)力競爭的一個(gè)途徑就是通過改進(jìn)制造技術(shù)，提高生產(chǎn)率，通過一臺(tái)臺(tái)3D打印機(jī)，將那些制造業(yè)從中國工人的手上奪回去，打破中國“制造大國”的地位。
《湖北日?qǐng)?bào)》表示，在即將到來的第三次工業(yè)革命這一歷史時(shí)刻，中國如果趕不上、抓不住機(jī)會(huì)，良好發(fā)展態(tài)勢可能會(huì)受到影響，就像當(dāng)年英國人用紡織機(jī)“打敗”中國、印度的手工織品一樣。面對(duì)歐美咄咄逼人的攻勢，中國必須增強(qiáng)憂患意識(shí)。令人欣喜的是，在這場“3D大戰(zhàn)”中，發(fā)達(dá)國家目前雖有優(yōu)勢，但我們的差距并不大，如果中國及時(shí)重點(diǎn)布局，完全可能“彎道超車”。 file:///C:/Users/H/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.gif
補(bǔ)充內(nèi)容 (2013-3-23 10:19):
看到下面有很多人只說一兩句風(fēng)涼話的，你為什么不多說兩句呢？你是真知道呢還是裝知道呢？
補(bǔ)充內(nèi)容 (2013-3-23 10:21):
要是真知道就說兩句實(shí)的，別在這裝逼賺積分！ | 
發(fā)表于 2013-3-15 10:11:41
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