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殲-15、殲-16,、殲-31……近年來,，中國(guó)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(guó)兩會(huì)上,，全國(guó)政協(xié)委員、殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰爆出了中國(guó)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(guó)《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(guó)、歐洲諸國(guó)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(guó)竟后來居上,，確實(shí)讓美歐大吃一驚。
9 M. s, D! t' C/ T$ f7 [# g全國(guó)兩會(huì)上匯集著中國(guó)最耀眼的各路“明星”,，這當(dāng)然包括全國(guó)政協(xié)委員,、中航工業(yè)副總工程師、中國(guó)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(guó)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,。& v% m; B8 C, X) d
“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”,。
* M6 R, A: H# | e( V“我想說的是，2012年是我國(guó)中航工業(yè)和我國(guó)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(guó)速度”，面對(duì)《科技日?qǐng)?bào)》的專訪，孫聰說,。作為我國(guó)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(guó)最先進(jìn)的第三代艦載機(jī)‘大黃蜂’的技術(shù)水準(zhǔn)�,！�' `; ?! E- n5 _* K/ O
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。
' X, f& T2 H6 ^+ `3 i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(zhǎng)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,。* E: u, l2 q0 V
“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),�,！毒┤A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,。”+ P2 }# u7 h' u0 A( b8 Z5 E1 t
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(guó)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。
! v7 q" }) r9 p( Y$ d美國(guó)空軍敏銳抓住“3D打印”
: `$ ^) B/ |& ^: \用3D打印技術(shù)制造戰(zhàn)機(jī),，中國(guó)并不是第一家,。1984年，美國(guó)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,。% V. i; u& T* j
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,。
+ _& d- @) x# F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(jiǎn)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”,。6 c/ p1 T- d% A6 Q$ _ z
美國(guó)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(guó)戰(zhàn)機(jī)的制造速度,。為此,，1985年，在五角大樓主導(dǎo)下,，美國(guó)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(guó)已將激光成形鈦合金零件裝上了戰(zhàn)機(jī),。" ?& n7 j, ?. S
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(guó)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(guó)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(chǎng)應(yīng)用而倒閉,。美國(guó)的其他國(guó)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),。
. ~5 H6 j o+ V, x* W2 b中國(guó)領(lǐng)跑神奇的“3D打印”
: {" v# Z$ p( m5 I. Z! b P2 S( f中國(guó)的鈦合金激光成形技術(shù)起步較晚，直到1995年美國(guó)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(guó)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,�,！坝^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,。
! R* v9 b" B8 \' N" X) }目前，中國(guó)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(guó)家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后,，中國(guó)生產(chǎn)的鈦合金結(jié)構(gòu)部件迅速成為中國(guó)航空力量的一項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)勢(shì),，目前，中國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)上的鈦合金構(gòu)件所占比例已超過20%,。
& R4 q. K4 l6 B$ j% l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(guó)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(guó)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。) C2 E0 h# E; i
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%,。
, ?) f! i8 @* {# z/ K+ \4 [, v! c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�,！坝^察者網(wǎng)”文章表示,，美國(guó)F-22戰(zhàn)機(jī)的鈦合金鍛件如果使用中國(guó)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。
- G! D; g3 V( q此外,，中國(guó)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(guó)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(yíng)的國(guó)產(chǎn)客機(jī)C-919制造了鈦合金翼梁,，長(zhǎng)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(guó)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�,，今�?月18日,，國(guó)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(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
9 s, D. U. c1 p: Z2 X■“3D大戰(zhàn)”真的來了& }* ?& ~. L; I8 a( p
中國(guó)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(guó)甚為著急,。今年1月14日，美國(guó)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,。
& @! p( ^0 n( v9 m5 MSciaky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(jìng)爭(zhēng)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(guó),。不久前,，中國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)度上不如美國(guó),，但在面積上仍領(lǐng)先美國(guó)。
B4 @/ A& W4 R; @( m! U8 S1 O美國(guó)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。6 O2 ^0 L# ^ ]& m( ]# H6 C( c
“3D大戰(zhàn)”的“戰(zhàn)火”已蔓延至太空,。2012年7月,，美國(guó)太空網(wǎng)透露,，美國(guó)宇航局(NASA)正在測(cè)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(guó)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,。
+ O: B! |) U/ D9 _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(guó)《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,。
8 @. O$ s8 a6 N/ ]/ M對(duì)于各個(gè)大國(guó)來說，在這場(chǎng)“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(guó)《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,。, ^: W% h* \ v6 F% b* `! P
美國(guó)已將3D打印視為再次奪回制造業(yè)大國(guó)地位的重要技術(shù),。據(jù)《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，2011年,，中國(guó)在工業(yè)規(guī)模上壓倒美國(guó),，成為世界第一工業(yè)國(guó)。此前只有英國(guó)和美國(guó)兩個(gè)世界霸主曾占據(jù)這一位置,。雖然美國(guó)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(guó)人擔(dān)心美國(guó)會(huì)因此衰落，而與中國(guó)廉價(jià)勞動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)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(guó)工人的手上奪回去,，打破中國(guó)“制造大國(guó)”的地位。
. _, M& \9 T4 X) y4 Z《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(guó)如果趕不上、抓不住機(jī)會(huì),，良好發(fā)展態(tài)勢(shì)可能會(huì)受到影響,，就像當(dāng)年英國(guó)人用紡織機(jī)“打敗”中國(guó)、印度的手工織品一樣,。面對(duì)歐美咄咄逼人的攻勢(shì),，中國(guó)必須增強(qiáng)憂患意識(shí)。令人欣喜的是,，在這場(chǎng)“3D大戰(zhàn)”中,，發(fā)達(dá)國(guó)家目前雖有優(yōu)勢(shì)，但我們的差距并不大,，如果中國(guó)及時(shí)重點(diǎn)布局,，完全可能“彎道超車”。 |
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發(fā)表于 2013-3-15 13:58:29
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伸手黨/灌水/看不懂
