3D列印鈦合金承力構件殲31很有種，一技術應用超越美軍

近期，中國戰鬥機3D列印鈦合金零部件已經在殲-31「鶻鷹」2.0上實用，儘管中國的3D航空列印技術還在發展之中，但是與美軍的差距正在縮小。原因非常簡單，美軍的軍用飛機3D列印部件，也還不敢應用於受力部件，只是在非關鍵部件比如轟炸機雷達散熱器風扇上使用。

對於軍用飛機3D列印部件這個科學問題，我們先來看一看美軍，因為美國科學界和美軍也大量使用上3D列印鈦合金了。例如美軍某最新款戰鬥機，長長的機翼，就是3D列印出來的，傳統的技術工藝非常難做。當前，美國空軍的3D列印應用主要是非關鍵部件和非結構部件，如果這些列印部件發生故障，飛機也不至於墜毀，這也反映出3D列印部件的安全性是擴大應用面臨的最大挑戰，如何列印出安全關鍵部件（CSI）是美國空軍急需解決的問題。

圖註：美國公司製作的3D列印部件

美國空軍研究實驗室（AFRL）材料與製造分部表示，實現CSI部件絕對安全，就必須能夠在10000個3D列印部件找出一個不合格產品的水平，但是美國空軍目前還不具備這樣的能力，要保證「任務關鍵可靠性」還只能慎重地使用3D列印的部件。但是，美國空軍研究實驗室的3D列印研發團隊正在展開相關研究，重點是變化性、質量保證和材料完整性，比如B-52部件應用實驗就是其中重要一項。1962年之後，波音公司就停產了B-52，隨後又停止了飛機全壽命周期的部件供應，此後由俄克拉荷馬州廷克空軍基地的大修車間根據合同採取逆向工程的方式為B-52提供零部件。

圖註：美國空軍第552維修中隊士兵在裝配車間利用水磨切割機切割金屬部件，每小時能夠製造100個微型部件

與此同時，波音公司也希望通過3D列印的方式保障部件供應，但是苦於沒有合適的印表機可用。於是，公司與聖安東尼奧大學工程學院合作，開始研發專門列印B-52部件的3D印表機。公司通過電子郵件發送需要列印的部件，聖安東尼奧大學工程學院的工程師設計出部件的3D模型並進行列印。最初試驗列印的部件是在發動機啟動和滑行階段用來冷卻B-52雷達的風扇電動機，使用的材料是一種熱塑性材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），列印過程用時4小時，成本僅150美元，而且還沒向波音公司收錢。隨後，學院對部件進行了測試，又用更精密的印表機製作了一批成品電動機，於2015年1月～10月間安裝在15架B-52轟炸機上。

圖註：2016年12月23日，沈飛第5代隱形戰鬥機殲31鶻鷹2.0首飛，標誌著該項目的研製取得重要進展

看完了美軍，我們回過頭來分析為什麼殲-31在某些技術應用上超越了美軍。據悉，鶻鷹2.0進行了一系列技術改進，提升了殲－31的機動性能、隱身性能及掛載能力。另外，殲－31已經大規模採用了3D列印部件，目前較為成熟的激光送粉和電子速送絲等4種工藝均得到應用，設計師創新設計了多種新型結構，使其結構重量係數最低、研製速度最快。敢於在承力構件上使用3D列印部件，也證明了殲-31很有骨氣，有種，沈飛的技術實力並不是某些人詬病的那麼弱，與殲-20的現狀差異可能只是機遇的問題，不涉及技術實力。

圖註：中國研製的激光增材製造裝備

瀋陽航空航天大學長期致力於3D列印技術研究工作，與瀋陽飛機設計研究所、沈飛公司等單位緊密合作共同致力於增材製造技術的研究和應用推廣工作，先後得到國家自然科學基金、國家重大科技專項、國家重點研發計劃、中航產學研、航空科學基金等課題支持，突破3D列印裝備、工藝、性能等方面關鍵技術，研製的激光3D列印鈦合金關鍵承力結構助力鶻鷹2.0首飛圓滿成功。

中國航空3D列印取得的技術突破包括：自主研發系列化激光3D列印裝備，比如激光同軸送粉3D列印工藝設備的設計、製造及系統集成，創新性的提出柔性和剛性艙體結構形式及動態惰性氣體保護方法，並授權裝備相關發明專利4項。

圖註：機器人激光增材製造裝備

另外，中國還能自主開發航空材料激光增材製造工藝，鈦合金、高溫合金、鋁合金、不鏽鋼等材料激光增材製造工藝等都已經開始應用，外場輔助增材製造技術及基於紅外分區的激光增材製造掃描方法突破了激光熔池快速凝固條件下引起的應力和變形問題、組織和性能控制等關鍵技術。

圖註：高性能增材製造工藝

中國還完成了對3D列印零件試片級基本力學性能考核、模擬件的中試考核及全尺寸零件的綜合性能考核，性能指標全部達到或超過鍛造鈦合金，建立了質量保障體系。建立了全套技術標準和規範，從試片級試驗到全尺寸件綜合性能考核、從工藝到裝機的全套技術標準和規範，為全行業應用打下技術基礎，主要包括3D列印工藝規範、3D列印質量保障方法、3D列印無損檢測、鈦合金3D列印熱處理工藝規範等。據了解，這種大尺寸的鈦合金3D列印設備，美國對中國航空和軍事領域禁止出口。中國相關技術的突破，在大尺寸鈦合金3D列印方面開始逐漸有了自主權。

圖註：3D列印部件

所以說，看了中美目前研究現狀，我們可以暫時得出一個小結論：殲31鶻鷹3D列印鈦合金承力構件，這是非常提氣的成就，基本超越美軍3D打擊目前限於非承力部件的水平。這與中國對於3D列印這項前沿技術的推廣有很大關係，目前中國很多高中比如唐山一中的第二課堂就設置了3D列印興趣課，從少年時代就培養中國人的前沿科技意識。但是也應當看到，美軍的普遍維修技工，就已經能夠熟練掌握3D航空部件技術並成功運用到飛機維修上，這一點還是值得解放軍的維修士兵學習的。