[科普中國]-“便宜+實用”的尖端科技：軍用3D打印技術(shù)

　　作者：孫武

　　制作：光明網(wǎng)軍事科技前沿

　　出品：科普中國

　　在2015年，3D打印讓民眾第一次領(lǐng)略到了立體打印技術(shù)帶來的驚人效果。不論是簡單的模型和鑄件，還是高大的樓房和建材，3D打印從各個方面證明著它自身的特點和價值。而在軍事科技領(lǐng)域，3D打印技術(shù)發(fā)展的速度更是遠(yuǎn)超民用領(lǐng)域——中國生產(chǎn)的殲-31戰(zhàn)機(jī)就大量的采用了3D打印技術(shù)，大大提高了機(jī)體的強(qiáng)度，增加了戰(zhàn)機(jī)的可維護(hù)性。

在對材料要求苛刻的戰(zhàn)機(jī)研發(fā)領(lǐng)域，3D打印已被廣泛的應(yīng)用。

　　3D技術(shù)雖然在民用領(lǐng)域是近幾年才廣受關(guān)注，但事實上在軍事層面發(fā)展已久。之所以科學(xué)家會聚焦于這個領(lǐng)域，是因為軍事用裝備需要大量的高精部件，而部件的切割、制作、生產(chǎn)成本，卻成了制約裝備發(fā)展的一大問題。以美國現(xiàn)役的F-22戰(zhàn)機(jī)來說，F(xiàn)-22戰(zhàn)機(jī)的主要承力部件便是大型鑄造鈦合金框。但是零件制造浪費嚴(yán)重，原料的95%都會被作為廢料切掉，而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴(yán)格的限制。僅此一項，就為研制機(jī)構(gòu)帶來了巨大的成本困擾。

　　在現(xiàn)階段，世界上已有數(shù)個國家掌握了軍用3D打印技術(shù)。以美國為例，著名的軍火生產(chǎn)商洛克希德馬丁公司，已用這項新技術(shù)已經(jīng)取得一些成就，并且是世界性紀(jì)錄——他們制造了達(dá)到木星極軌道的“朱諾”航天器。它擁有一個增材零件，使其成為飛得最快的3D打印零件——而且，洛馬正在為衛(wèi)星制造鈦合金推進(jìn)劑貯箱，在增材制造生產(chǎn)的第一年，該設(shè)施就生產(chǎn)了超過3500個增材制造零件，其中1500個進(jìn)入了最終用途生產(chǎn)。這意味著3D打印技術(shù)已經(jīng)大幅度的提高了部件的生產(chǎn)效率，使之取代傳統(tǒng)的切割生產(chǎn)等工藝。

“朱諾”號火星探測器已成為采用3D打印技術(shù)飛行最遠(yuǎn)的裝備

　　在中國，3D打印技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在2015年，國防科技工業(yè)軍民融合發(fā)展成果展上展出了一款大型飛行器構(gòu)件，這是迄今國際上最大的激光增材制造主承力關(guān)鍵鈦合金構(gòu)件飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框，無模、整體、快速研制。而所謂的激光增材制造技術(shù)，就是3D打印技術(shù)中的一種。它采用這種激光增材制造技術(shù)制造的飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，有著高性能、低成本、快速試制的特點。現(xiàn)場工作人員介紹，展出的這款飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框，生產(chǎn)周期只有采用傳統(tǒng)技術(shù)制造的五分之一，同時在強(qiáng)度、壽命等各項指標(biāo)上，與傳統(tǒng)工藝技術(shù)部件相比更加優(yōu)秀。除了這款飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框外，現(xiàn)場還展出了使用這種激光3D打印技術(shù)制造的國產(chǎn)C919大飛機(jī)駕駛艙玻璃窗框架。多項實物的展出，標(biāo)志著中國已經(jīng)在3D打印技術(shù)上取得了多項突破。

　　正如航空材料專家王華明教授在中國科學(xué)院一個專題討論會上說到的那樣——中國現(xiàn)在僅需55天就可以“打印出”C-919客機(jī)的主風(fēng)擋整體窗框。王華明認(rèn)為，中國大型3D打印技術(shù)已超過美國，因為許多美國同行只是用這門技術(shù)生產(chǎn)“小玩意”。有趣的是，在中國軍工運用激光3D打印生產(chǎn)鋁鈦合金材料之前，美國已經(jīng)開展過這項科研，據(jù)資料顯示，早在上世紀(jì)90年代，美國試驗了一個F/A-18C戰(zhàn)斗機(jī)激光3D打印零件，但不久以后，這家架斗機(jī)的零件就出現(xiàn)了明顯裂痕，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到飛行要求，直到現(xiàn)在，美國也并未在該項技術(shù)上獲得較大的技術(shù)突破。

　　隨著中美等國對3D打印技術(shù)的重視和發(fā)展，相信在不久的將來，這一技術(shù)會更加成熟與完善，成為國際制造業(yè)中的中流砥柱，為人類不斷探索軍事裝備帶來新的契機(jī)和方向。