把粉末狀的原材料放進打印機，在激光的魔力作用下，你便能獲得你想要的——從玩具、模型、文物贗品、汽車部件，直到人體器官。這夢幻的一幕，便是風靡全球、被英國《經濟學人》認為“將推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”的3D打印技術。
人們普遍認為，美國引領著這場工業(yè)革命。而近期，從中國曝光的幾則消息，卻令世人大吃一驚。
把這些消息綜合起來，證實了一個事實——中國已經成為目前世界上唯一掌握激光成型鈦合金大型主承力構件制造技術、并付諸實際應用的國家。
憑借著鈦合金3D打印技術，中國在航空材料領域，第一次走到了世界先進水平的前列。
中國尖端戰(zhàn)機“井噴”的一大功臣
近日，在中國北京國際科技產業(yè)博覽會上，中航工業(yè)與北京航空航天大學聯(lián)合展示了獲得2012年度“國家技術發(fā)明獎一等獎”的飛機鈦合金大型整體關鍵構件激光成型技術，以及通過其生產出的一個5平方米鈦合金加強框。
據(jù)外媒報道，3D打印技術正在被大面積用于中國正在研發(fā)中的首款航母艦載機殲-15、多用途戰(zhàn)機殲-16、第五代重型戰(zhàn)斗機殲-20、第五代中型戰(zhàn)斗機殲-31，以及商飛的民用大飛機C919上。
據(jù)央視新聞頻道報道，殲-15總設計師孫聰在兩會期間透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術，已被廣泛用于殲-15的主承力部分，包括整個前起落架。
西北工業(yè)大學材料學院教授黃衛(wèi)東的團隊，曾制造出一根3米長的鈦合金構件，作為C919機翼的重要部件。據(jù)他透露，中國發(fā)展能替代傳統(tǒng)復雜制造工藝的3D打印技術，已有將近20年了。
其實，目前我國已具備了使用激光成型超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力。
3D打印技術的應用，大大加速了國產尖端戰(zhàn)機的研發(fā)進度。依托激光鈦合金成型造價低、速度快的特點，沈陽飛機工業(yè)集團在一年之內連續(xù)組裝出殲-15、殲-16、殲-31等多型戰(zhàn)斗機，并進行試飛。
最大好處是令戰(zhàn)機性能獲得巨大提升
質量輕、強度高、耐高溫的鈦合金，是軍用飛機的關鍵材料。然而，鈦合金昂貴的價格與特殊的材料屬性，導致使用傳統(tǒng)鍛造技術造出的零件，最大尺寸也不超過4.5平方米。
據(jù)沈陽飛機設計研究所副總設計師王向明介紹，鈦合金要40萬到50萬元一噸，而傳統(tǒng)工藝的材料利用率不到10%，如美國F-22戰(zhàn)機的鑄造鈦合金主承力部件，95%的原料都會被作為廢料切掉。“另外鈦合金很粘，加工的時間又長又費錢。”
而激光鈦合金成型技術，完全解決了難題。“加工1噸鈦合金復雜構件，傳統(tǒng)工藝的成本大約2500萬元，而用激光3D快速成型技術僅130萬元左右。”加之不需要制造專用的模具，原本相當于材料成本一到兩倍的加工費用，現(xiàn)在只需原來的10%。
除了省時省錢，更重要的是，通過3D打印，結構復雜、特殊的鈦合金構件可以一體成型，而無需一個個鍛造出來再焊接在一起，大大提高了機身強度。
特別“給力”的是——據(jù)專家估計，F(xiàn)-22的鈦合金鍛件，如果使用中國的3D打印技術制造，在強度相當?shù)那闆r下，重量最多可以減少40%。這將大大提高戰(zhàn)機的推重比，令戰(zhàn)機性能獲得巨大提升。
因此在理論上，中國現(xiàn)有的渦扇發(fā)動機，如果用在廣泛應用3D打印技術生產的殲-20等第五代戰(zhàn)機上，與F-22的推重比差距不會太大。這樣一來，我國相對落后的發(fā)動機技術，就不會過于“拖后腿”了。
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