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“打印”的飞机愈加普遍
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2013年8月5日 星期
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3D技术在航空领域大显身手
“打印”的飞机愈加普遍

    两年前,一架名为“SULSA”的无人驾驶飞机横空出世震惊了世界。“SULSA”由英国南安普敦大学的两位年轻工程师设计和制造,除了驱动用的马达,包括机翼、整体控制面和舱门在内的所有部件都是在2天时间里“打印”组装出来的。

    也就是在短短两年时间里,3D打印技术已运用于军事和航空航天领域,造价高昂的战斗机、舰载机等也都能通过“打印出炉”了。目前我国已经具备了使用激光成形超过12平方米复杂钛合金构件的技术和能力,并在航空科研项目的设计试制中投入使用。

    生产效率是传统的3倍

    由于抓住了“投入产出比”的脉搏,3D打印技术被英国《经济学人》杂志预测为“将推动新一轮工业革命的来临”。这一具有数字化、智能化等特点的先进“复制”制造技术在民用化的同时,也悄然成为国防和军事工业的“新贵”。

    在国防大学军事后勤与军事科技装备教研部教授李大光看来,3D打印技术可以减轻后勤保障压力。就目前来说,使用相同数量的耗材制造零件,3D打印机的生产效率是传统方法的3倍。如果在战场上有一台3D打印机,就可以及时生产出战场上消耗的武器装备和补给物资,这将大大减轻后方生产和后勤保障的压力。

    随着“制空权”对于现代战争的意义越来越重大,各国在积极研发新一代战机的同时,3D打印技术也逐渐被吸纳运用其中。

    上世纪八九十年代,要研发新一代战斗机至少要花10—20年的时间。美国F-15战斗机从1966年计划研发到首飞就耗时6年,F-22则花了16年;俄罗斯的苏-27耗时10年,苏-30也花了6年。

    在传统的战斗机制造流程当中,飞机的3D模型设计好后,需要进行长期的投入来制造水压成型设备,而使用3D打印这种增材制造技术后,零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。

    李大光表示,3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。如果借助3D打印技术及其他信息技术,最少只需3年时间就能研制出一款新战斗机。

    钛合金3D打印用于新机

    在3D打印技术中,飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术是高端发展形势。作为最早开发钛合金3D打印技术的国家,1985年,美国就在五角大楼的主导下秘密开启了钛合金激光成形技术的研究,并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术,在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机进行试验。

    今年1月14日,美国著名的电子束、等离子弧及电阻焊接设备制造商Sciaky公司宣布,他们已经成功掌握了使用电子束进行钛合金3D打印的制造技术。这项技术将被用于生产美国第五代隐形战斗机F-35的多个零件。

    李大光表示,传统的武器装备生产主要是做“减”法。原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。3D打印技术除了能够提升武器装备的研发速度,还能大幅降低武器装备的造价成本。

    作为全世界最贵最精密的战机,美国F-35联合攻击战机每架售价至少1.5亿美元。相较于传统制造方式,3D新技术制造的产品成本更低、寿命也更长。如果3000多架战机都使用这种技术制造部件,将可以节省数十亿美元的成本。

    虽然中国钛合金激光成形技术起步晚,但现在却具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力,成为继美国之后、世界上第二个掌握该技术的国家。在今年5月举行的第十六届中国北京国际科技产业博览会上,获得2012年度“国家技术发明奖一等奖”的飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术得以展示。

    中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪在今年全国两会期间曾透露,钛合金和M100钢的3D打印技术(增材制造技术)已广泛用于新机设计试制过程。其中,于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。

    南方日报驻京记者 杨春

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