歼-20零件生产的要害手艺：金属3D打印

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在歼-20的研制历程中，我国除了对铸造装备举行刷新升级外，还起劲追求新的手艺手段，并取得了众人瞩目的成绩，而运用在歼-20制造时的一系列新手艺中，金属3D打印手艺显得尤为主要，这在各大媒体的宣传中足以看出，那么3D打印手艺事实有何神奇之处呢？

金属3D打印手艺即“增材制造”手艺，也称“增量制造”“添材制造”“添加式制造”手艺，是一种通过质料逐层添加群集、实现构件无模成形的数字化制造手艺。增材制造手艺将“质料制备/准确成形”有机融为一体、并将三维重大形状零件制造离散为简朴的二维平面形状的逐层叠加，为设计职员实现奇思妙想，特殊是实现高性能或超常性能构件和结构提供了有用的途径，同时该手艺更能大幅度缩短生产周期、降低制造本钱、节约质料消耗和加工制造用度。这些优势，使得增材制造手艺为制造业的厘革提供了可能，在重大武器装备的研制、生产和使用维护等方面，都有重大应用价值和辽阔应用远景。

3D打印机原理说的简朴一点就是断层扫描的逆历程,断层扫描是把某个工具”切”成无数叠加的片,3D打印就是一片一片的打印,然后叠加到一起,成为一个立体物体，它与古板打印机的区别在于它使用的”墨水”是实着实在的原质料

现在，增材制造手艺主要包括“快速原型制造手艺”和“高性能金属构件直接制造手艺”两大类。其中“快速原型制造手艺”主要制造尺寸较小，由树脂、石蜡、纸张等质料组成的原型样件及由陶瓷、金属粉末组成的“非致密”原型样件或模子，这些原型样件原则上不可用于直接装备制造，其主要作用是服务于新产品的快速设计优化、产品预评估、商业宣传和批产前工装模具制造准备，可有用缩短新产品研制周期，降低产品研发和制造本钱。现阶段主要应用于艺术、文化创意、教育普及和娱乐等领域。

“高性能金属构件直接制造手艺”则接纳高功率激光束(或电子束)对粉末或丝材举行逐层熔化/凝固群集，直接制造出致密金属零件，手艺难度大，迄今外洋只突破了小型金属构件激光直接制造手艺。我国先后攻克了飞机次承力钛合金重大结构件，大型主承力钛合金结构件的工程化应用手艺，且顺遂通过在某型飞机上的所有应用试验审核，使我国成为继美国之后天下上第二个掌握飞机次承力钛合金重大结构件工程化手艺并实现在飞机上应用的国家。而实现大型主承力钛合金结构件(尺寸凌驾5平方米，甚至达8平方米左右)的工程化及装机应用，现在我国是天下唯一。其他国家还未能突破大型主承力构件激光直接制造及应用要害手艺，高性能金属构件直接制造已成为增材制造手艺的主要生长偏向之一。

在国家研发投入的一连支持和重大工程需求拉动下，我国已形成系统结构完整的3D打印手艺系统，在个体领域抵达国际领先水平，在许多领域抵达国际先进水平，具备跨越式快速生长的优异基础。好比：在3D打印的质料科学基础方面有一些较量系统深入的研究，开发了一系列3D打印非金属质料，金属3D打印抵达了很是优异的力学性能；研制了一批先进的光固化、激光选区烧结、激光选区熔化、激光沉积成形、熔融沉积、电子束制造等工艺装备；在航空发念头零件制造、飞机功效件和承力件制造、航天重大结构件制造、汽车和家电行业新产品研发、个性化医疗等方面获得了大宗应用；涌现出几十家3D打印装备制造与服务企业，为多行业新产品快速开发与立异设计提供了支持。特殊值得一提的是，我国西北工业大学、航空制造研究所和北京航空航天大学等单位在大型金属零件激光及电子束熔化沉积增材制造工艺、装备及应用手艺等研究方面，都作出了国际先进的研究事情。

增材制造的燃气轮机涡轮动叶

西工大于1995年在海内首先提出激光立体成形的手艺构想，将增材成形原理与送粉式激光熔覆相团结，形成一种可获得具有锻件力学性能的重大结构金属零件的快速自由成形手艺。

1997年，“金属粉材激光立体成形的熔凝组织与性能研究”获得航空科学基金重点项目资助，是中国金属增材制造第一个正式立项的科研项目。2001年，“多质料恣意复合梯度结构质料及其近终成形”项目获得国家863妄想资助，其手艺于2005年应用于我国研制的首台推重比10航空发念头轴承后机匣制造，为该发念头准时装机试车做出了要害孝顺。该零件下部为In961合金铸件，上部为GH4169镍基高温合金激光立体成形件，是以铸件为基材，异种材质增材制造的首个应用案例。西工大首先研制出五轴联动的专用激光立体快速成形机，实现了商业化销售：2006年将LSF-III型装备售与航天306所。2011年7月，依托西工大增材制造手艺建设了西安铂力特激光成形手艺有限公司，它建设后连忙为中国商飞提供了激光增材制造大型钛合金机翼梁(长达5米)。经质料性能、结构性能、零件取样性能测试和大部件破损性测试所有环节的力学性能测试，完全知足设计要求，包括疲劳性能在内的综合性能优于锻件，强度一致性优于2%,远高于商飞5%的要求。另外，运-20、歼-10B/C、歼-20等多型飞机也接纳磷泼手艺生产零、部件。

歼-10C战斗机

北航和航空工业沈阳所，航空工业—飞院及沈飞、成飞、西飞公司等单位“产学研”细密团结，突破了钛合金、超高强度钢等质料的大型要害构件激光熔化沉积增材制造工艺、装备、标准和应用要害手艺，研制呈现在天下上最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备(可加工尺寸达8左右的构件),同时研制生产出30余种钛合金及超高强度钢大型整体要害主承力构件，解决了C919，歼-15，歼-20、“鹘鹰”等多型飞机研制的瓶颈难题，并使我国成为现在天下上唯一实现激光成形钛合金大型整体主承力构件乐成装机工程应用的国家，获得了2012年度“国家手艺发明一等奖”。

使用3D打印手艺生产的零，部件，力学性能与锻件相当甚至凌驾，尺寸精度高，而体积重量则显着更小。例如，《科技日报》2017年7月11日报道，我国最近试飞乐成的C919中型客机，其机身部段的机翼上，下缘条及前后三叉讨论，接纳古板铸造生产重达1607千克，而接纳国产装备举行3D打印则只有136千克。