今日科技动态（28）——中国的激光成形制造技术领先美国_风闻

    楔子：2020年更新的《中国禁止出口限制出口技术目录》的限制出口里新增“3D打印技术（编号：183506X），控制要点：‘铸锻铣一体化’金属3D打印关键技术”。

    正文：

    中国在飞机钛合金大型复杂整体部件，激光成形技术方面，至少领先美国5年，某20钛合金主体结构的制造也用到了这项技术，大大降低了某20的结构重量，提高了某20的推重比，还有轰XX钛合金构件的制造，也用到了这项技术，有了这项技术，我们可以逐渐摆脱国外对我们大吨位、高自由度机加工设备的技术封锁。

    为什么我说这项技术可以让我们摆脱封锁，实现弯道超车呢？请大家耐心听我道来。众所周知，传统飞机钛合金大型关键构件的制造方法是锻造和机械加工。先要熔铸大型钛合金铸锭、锻造制坯、加工大型锻造模具，然后再用万吨级水压机等大型锻造设备锻造出零件毛坯，最后再对毛坯零件进行大量机加工。整个工序下来，耗时费力，总花费要高达几十个亿，光大型模具的加工就要用一年以上的时间，要动用几万吨级的水压机来工作，要大量供电，甚至需要建电厂。即便这些都有了也未必造得出来，因为世界上最大的8万吨水压机，锻造的零件尺寸是不超过4.5平方米的，所以如何突破高性能复杂合金大型关键构件尺寸的天花板，一直都是公认的世界级难题。而F-22的超大型复杂钛合金构件，美国也因为没有我们的一次性成形技术，所以就分拆成三个铸件，然后焊接在一起。但是经过焊接在一起的大型构件的耐疲劳度会差很多。而中国现在使用激光一次性成形技术打印出来的大型构件，强度和质量都有明显的提升。如果F-22的钛合金构件使用咱们的这项技术，重量最多可以减少40%，让飞机的机动灵活性更强。而且优点还有很多，比如说C919的机头是双曲面的，这个零件大概用传统的方法去做，可能模具费，一套模具20万美元，要把零件干出来至少得两年，零件可能会非常非常贵。上千万都很正常，但用这个技术打印大概是55天4个框，所有的费用加起来不到120万，连模具费的十分之一都不到，大家说牛不牛，这么快的时间，而且成本非常低。再比如说去年我国新一代载人飞船试验船返回舱，在预定区域成功着陆。底部这个看着像锅底的零件，就是这个技术打印出来的。其实这个就是钛合金框架，直径长达4米，全部采用3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本的目标。大家千万不要小看这个零件，整个载人飞船要进入地球的时候，需要穿过稠密的大气，经历几千度的高温，钛合金框架的作用就是支撑防热结构，如果这个框架不够结实，那气动的压力就会把防热结构压得支离破碎，严重影响飞船的返回。所以这么牛X的技术轰xx能不用么？必须得有啊，目前咱们已经造出了16平方米的世界上最大的3D打印钛合金构件。运20所使用的构件大约是11平方米，这种面积达到16平方米的构件，很显然不是为战斗机准备的，也不是为客机准备的，而回头再看中间这两个圆孔直径，正好可以并排放下2台涡扇-18， 所以这个构件非轰xx莫属了。

    大家不要以为打印这么大的钛合金构件是件轻松的事情，一旦零件打大了以后是打不出来的，装备可以做很大，但是你做不出来，这个是需要做大量的基础研究的。比如说在打印的过程中如何让零件不变形，不开裂，大家要知道零件越大，变形开裂的趋势就会越大，所以说打印这种大尺寸复杂构件会面临非常多的难题。但是解决这些难题确实可以让我们绕过传统机床的弱势，实现弯道超车。

    有些朋友对弯道超车可能会嗤之以鼻，所以我再举个例子做补充说明，比如说前几期我讲过的华中科大的张海鸥团队，最近利用铸锻铣一体化金属3D打印技术，又成功打印出了时速600公里以上，磁悬浮列车上的悬浮架关键支撑部件，这意味着什么？意味着咱们以后可以利用这项技术，直接替代传统机床打印出高铁上的关键部件。有了这个技术，我们可以逐渐摆脱国外对我们大吨位、高自由度机加工设备的技术封锁。

    有人可能会对打印出来的产品质量存疑，所以我拿两个国外测试报告说明一下吧。这个是美国通用提供的高温合金疲劳性能测试，测试结果表明，该机床打印出来的高端金属零部件全部达到通用电气的锻件性能标准。这个是欧洲空客提供的钛合金疲劳性能测试，测试结果表明疲劳性能超过了空客锻件标准。所以质量性能方面大家是不用担心的。

    其实中国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年后咱们才开始投入研究。我们早期基本属于跟随美国的学习阶段，不过却在后来居上。其中有一个人功不可没，他就是我国激光3D打印技术的带头人，北京航空航天大学教授，国家技术发明一等奖获得者--王华明。

    文章作者：科技宅男圈