3D打印的F35戰機已試飛技術稍遜中國
近日，由中國機械工業聯合會主辦、上海科學技術開發交流中心等承辦的高端裝備技術研討會在滬舉行，中國工程院院士、西安交大教授盧秉恒在會上介紹說，在美國，采用3D打印技術制造的F-35戰斗機已進行了試飛，包括3D打印機在內的智能制造裝備發展迅速，我國政府應高度重視，通過多種手段加速制造裝備的智能化進行，為我國的軍工及多個民用領域服務。
據盧秉恒院士介紹，美國是最早嘗試將3D打印技術應用于航空航天等領域的國家。1985年，在五角大樓主導下，美國秘密開始了鈦合金激光成形技術研究，1992年這項技術才公之于眾。2002年，美國將激光成形鈦合金零件裝上了戰機。
然而，因為在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術難題無法解決，美國始終無法生產高強度、大尺寸的激光成形鈦合金構件。2005年，美國從事鈦合金激光成型制造業務的商業公司Aeromet由于始終無法生產出性能滿足主承力要求的大尺寸復雜鈦合金構件，沒有實現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，目前只能進行小尺寸鈦合金部件的打印和鈦合金零件表面修復。
Sciaky公司的直接制造解決方案基于添加劑的制造原理，是PSU應用研究實驗室（ARL）采用的關鍵技術之一，目的是生產高品質的金屬零部件。Sciaky公司的DM解決方案是唯一的大規模完全可編程的解決方案，可制造近凈形零件，材料包括鈦、鉭、鉻鎳鐵合金及其他高價值金屬。該解決方案結合了計算機輔助設計（CAD）、Sciaky最先進的電子束焊接技術和添加劑分層處理，所制造的零件尺寸可以達到5.8米×1.2米×1.2米。
Sciaky真正的領先之處在于超高打印速度，利用功率高達42千瓦的電子束槍，每小時可打印15-40磅的金屬鈦，而大多數競爭者僅能達到每小時5磅。就目前而言，電子束似乎是一種比激光更適合的金屬3D打印能量源。
日前，美國空軍和洛克希德-馬丁公司已經宣布與Sciaky公司成為合作伙伴，并且計劃使用該公司生產的3D打印機制作飛機部件裝備正在生產的F-35戰斗機。相較于傳統制造方式，這一新技術制造的產品成本更低、壽命也更長。如果3000多架戰機都使用這種技術制造部件，將可以節省數十億美元的成本。
直到最近，采用3D打印技術制造的F-35戰斗機已進行了試飛。據估計，該技術不僅大大提高了“難產”的F-35戰機的部署速度，而且能節省數十億美元成本。原本相當于材料成本1-2倍的加工費，現在只需原來的10%。
不過令人費解的是，另外一些F-35戰機上的鈦合金部件，例如F-35B戰機可開閉的鈦合金發動機艙門以及機身鈦合金隔框，依然采用傳統的鍛造工藝進行制造。這種工藝成本大約是3D打印的20倍，耗費的材料則大約是3D打印的10倍。之所以沒有全部使用新技術，除了對于新技術的謹慎，更可能的是美國目前的鈦合金3D打印產品的強度不過關或者尺寸不足。此前美國鈦合金3D打印技術就一直被這一問題所困擾。
F35戰機發動機
而與美國相比，中國激光鈦合金成形技術在航空領域已經得到了廣泛的應用。
在中航成飛和沈飛的下一代戰斗機的設計研發中，激光鈦合金成形技術已經得到了廣泛運用。通過這一技術，正在研制的兩型第五代戰斗機殲-20和殲-31采用鈦合金的主體結構，成功降低了飛機的結構重量，提高了戰機的推重比；依托激光鈦合金成形造價低、速度快的特點，沈飛在一年之內連續組裝出殲-15、殲-16、殲-31等多型戰斗機并且進行試飛。
殲-20、殲-31原型機的快速制造，很大程度上得益于鈦合金3D打印的低成本和便捷
民用航空制造業也開始應用這一技術。目前，在西北工業大學凝固技術國家重點實驗室下設的激光制造工程中心，通過激光立體成型技術為將于2014年投產，并在2016年投入運營的國產客機 C919 制造了鈦合金翼梁，長度超過5米。
雖然我國在激光鈦合金成形技術領域取得領先地位，并且在航空領域已經得到了廣泛的應用，但是，我國在整套智能裝備方面還是處于劣勢。
盧院士指出，制造裝備經歷了三個階段的發展：第一階段是電氣化，第二階段是數控化，第三階段及今后的發展方向是智能化。那么，智能機床與數控機床有什么區別呢？根據工程專家的構想，智能機床擁有許多傳感器，具有全面采集信息，“感知”外界變化的本領。智能機床還擁有強大的軟件系統，能根據加工狀態的監測信息實時改進各項參數，達到制造的最優化。
在2012年芝加哥機床博覽會上，日本馬扎克、韓國三星兩家企業展出了具有初步智能的機床。美國、歐洲的壓力機、熱處理裝備也部分具有了智能功能。在這一背景下，我國的智能制造裝備仍處于起步階段，由于技術創新需要大量財力和人力，國內大多數企業不愿在這一前沿領域做很大投入，對智能制造裝備中的核心技術知之甚少。
為此，盧秉恒院士指出，我國應把智能制造裝備放在國家戰略性需求的高度，否則在航空航天、軍工等領域就會受制于人。“目前，發達國家的智能裝備尚處于零星狀態，我們有趕上的機會。”他建議，我國政府應加強頂層設計、系統規劃，設立重大專項，并營造良好的產業發展環境。“在航空航天、軍工、汽車等戰略性產業中，政府應發揮牽引作用，讓智能裝備盡早投入工程應用，盡早占領高端市場，帶動整個產業的發展。”
(責任編輯：admin)
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