軍武次位面 - 央視曝光5代機生產線，中國正在用「打印機」造戰機？－鑽石舞台

▲回力工裝靴，擺平你的搭配困難症！

目前，中國各類新型軍用機的產量日趨加快，例如殲-16依靠龐大的裝備數量讓俄軍原版蘇霍伊系列望塵莫及，殲-20的產量也滿足了多個戰區的裝備需求，這要歸功於3D打印技術帶來的效率。近期，《央視軍事》節目公開報道了航空工業沈飛研究所將這項技術運用在國產新型軍用機生產的情況。

▲不久前，國產新型五代機的生產線得以公布，其生產方式十分獨特

2013年，原沈飛公司董事長兼殲-15艦載戰鬥機總負責人羅陽因公殉職後不久，某國產新型戰機在減重、增壽、低成本和快速響應等方面的需求愈發迫切，而原有的生產方式已無法滿足需求。為快速實現核心技術突破，沈飛公司成立了增材製造「羅陽青年突擊隊」。目前，這支青年尖端技術人員組成的團隊已讓3D打印技術在航空業打響了第一炮，近年來，3D打印製造技術已多次出現在各類報道中，那麼這項技術的本質是什麼？已為中國國防事業做了什麼貢獻呢？

3D打印技術的本質是什麼？有何優勢？

3D打印製造技術也稱增材製造技術，這種近年來發展的新製造技術的本質是以三位數字模型為基礎，將材料通過分層製造、逐層疊加的方式製造為三維實體，因此有別於傳統的減材製造，是先進、智能、綠色、新材料和精密控制為一體的新技術。

▲3D打印製造技術指明了未來工業的發展方向之一

這種技術突破了複雜異型鈎件的技術瓶頸，實現了材料微觀組織和宏觀結構的可控成型，徹底改變了過去的製造引導設計、經驗設計的理念，反過來實現了設計引導製造、功能性優先設計、拓展優化設計的全方位轉變。因此，這種技術將引領新世紀產業技術創新，也會為各類新興產業做出巨大貢獻，這其中自然包括航空航天等與國防密不可分的工程。▲3D打印技術生產的配件不但質量好，而且成型速度快

該技術融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術，以數字模型文件為基礎，通過軟件數控系統將專用的各類不同材料按照相關的生產工藝整合起來。這一過程中，激光、電子束、紫外光是不可或缺的能源，樹脂、金屬、陶瓷和塑料則是常見材料。根據成型方法、材料和依靠的凝結熱源，可分為分層實體製造、立體光刻、選擇性激光燒結和熔融沉積成型四類。▲一些難以加工的零部件，在3D打印技術普及後不再是難題

實驗證明，該生產技術能在無模具條件下快速自由成型，由此極大壓縮生產周期和零件製造成本，這種方式生產的零件還能在極大避免此類浪費的同時以幾乎成型態勢完成。在生產中廣泛使用的激光束還會利用能量密度大的優勢對傳統工藝中難以被加工材料進行精密處理，利用3D打印技術生產的材料，在結構強度上則有了明顯的提升。▲3D打印零件與傳統工藝生產的零件對比

這種製造技術還提供了很好的生產預見性，廠家能夠結合部件完成時間制定專門的生產計劃，由此實現了真正的生產和時間的可控性，而最終的裝配時間，也會隨着一體化成型而最終大幅縮減。這樣一來，高精度加工和高強度的大部件製造，就兼顧了高精度和高質量。此外，多種材料還能由此任意複雜加工，外形對生產的限制也會大大降低。

3D打印在軍事的用途

在國防項目的研發階段，3D打印技術多半負責產品設計、相關驗證、樣品模型確定和製作以及樣品生產，在不同階段，使用的材料和3D打印工藝也會有所差別。例如對結構的設計和評估階段，團隊會按照比例打造高強度塑料，該過程一般不超過1-2個工作日。接下來，則會完成上色和裝配，最終得到可拆卸的等比設計模型。

▲3D打印技術將推動大構件一體成型

在功能驗證和樣機生產時，3D打印生產工藝就會直接或間接生產樣機的金屬和非均屬組件，用時一般為10-15天，據稱部分研發機構在樣機生產時只用了兩個月就完成了零件生產和整機裝配。一旦進入量產，3D打印技術就會在複雜結構/高成本零部件、中小批量零件等方面發揮重要作用。因此衡量現代化軍工企業的一大標準，就是該技術應用程度的廣泛與否。▲一些特戰無人潛航器的零部件，就是藉助3D打印技術製造的

與很多被視為引領未來潮流的技術一樣，美國同樣在3D打印生產工藝曾充當領頭羊，2021年，美軍就宣布要花費14個月建造世界最大的9米長金屬3D打印機，據稱，美國印第安納技術和製造公司和德國EPS公司曾計劃用3D打印技術為美軍提供便攜式鋁板跑道，以便美軍空中力量在脆弱路況迅速得到起降點。▲美軍未來單兵特戰輕質高強度頭盔的樣品

目前，美軍計劃利用該生產技術完成軍用吊艙，陸軍單兵特戰頭盔、潛艇和水面艦艇螺旋槳和其他備件、後勤支援船、戰車組件、訓練中心軍營等。根據一項調查顯示，用該技術生產的特種戰舟艇可在一個月內完工，這幾乎比傳統工藝完工速度快十倍！此外，美國部分大學已和美軍就3D打印新型輕質合金材料進行合作。▲新的合金材料開發，是3D打印技術的支柱

除美國外，英國、澳大利亞、法國和西班牙等國也計劃用3D打印技術協助戰車、直升機部件等領域的發展。特別引人注意的是，英國未來能源項目希望用該技術開發新的炸藥配方，由此降低存儲和運輸的成本和風險，這是由於共振聲學混合器將利用聲能混合材料。根據預測，3D打印製造技術將會在未來十年獲得急速上升的行業價值。

3D打印製造技術如何助力解放軍尖端戰機和導彈？

2015年，我國三部委聯合發布了《國家增材製造產業發展推進計劃（2015-2016年）》，將鈦合金、高溫合金等專用材料和多種相關製造專業設備列入重點培育對象。國防大學軍事後勤與軍事科技裝備教研部李大光教授表示：上世紀末期，研發新一代戰鬥機需要10-20年，但藉助3D打印技術，最快甚至只需三年！

▲中國3D打印技術已有相當的技術積累

羅陽去世後，技術團隊一時失去主心骨，卻還是在28天內打通典型工藝樣件，並在公司內全流程試製，創造了業內高端裝備零部件生產的奇蹟。沈飛工藝研究所博士、增材製造「羅陽青年突擊隊」成員李曉丹表示：零件從長得像到能用上的這條路最難，團隊曾在八個月里進行了800多頁試驗，用所有數據證明材料、工藝和零件合格，才將其最終裝配到飛機上。▲殲-20的關鍵零件就是以新生產工藝完成的

中國3D打印技術在飛機上的應用，已達到規模化、工程化，並處於世界領先位置。李曉丹透露：不久前首飛的新研型號上，已批量配備了3D打印零件。值得關注的是，沈飛集團最近數年內一直在不斷完善鶻鷹系列五代機，因此有軍迷認為李曉丹所提到的沈飛新研發戰機，很可能就是最終量產的鶻鷹或終極版殲-15，而它們也將成為中國航母未來的主要艦載機。▲中國雙發重型戰鬥機數量的猛增，必然和科學化的生產方式有關

現在，殲-15的前起落架大型整體鈦合金支撐部件利用激光增材形成，此前卻需要用螺釘將多個部件連接。因此，新的殲-15不但降低了重量和加工難度，還創造了高起降架次後可靠性紀錄。而鶻鷹系列的部分原型機就已廣泛運用複合材料3D打印技術，因此關鍵種類零部件相比於包括殲-20在內的各類國產戰機都大幅降低，工時和成本也隨之被極大壓縮。▲運-20生產線在過去數年內迅速普及了3D打印生產技術

目前，中國殲-20等主力戰鬥機大量應用了3D打印技術，運-20的6種機身/主起落架接頭大型主承力構件的快速製造因此在7天內完成，由此保證原型機順利快速試飛，而成都飛機設計研究所的察打一體無人機翼龍-2同樣包含至少8個3D打印的重要零部件。▲導彈燃氣舵

今年3月，中國日報海外版又發布了一篇專題報道，介紹了中國航天科工集團三院利用3D打印加速巡航導彈設計和生產的事跡。文中提到：以傳統技術製造區區一個導彈方向舵往往要數十名技術人員和工人花費一兩個月，而採用3D打印技術時，幾名工人一周內即可完成。與此同時，該院也開始和增材製造技術中心全面合作，由此逐漸將新技術引入新型導彈設計。▲翼龍系列無人機也不斷使用3D打印零件

《解放軍報》信息稱，3D打印導彈比傳統方式製造的導彈更廉價，在設計和製造時極大節約了時間，例如高超音速武器的超燃衝壓發動機就將藉助3D打印而走向大規模量產。預計到2025年，服務於航空航天領域的金屬3D打印裝備就會超600台，因此國防工業軍事觀察員吳培鑫表示：解放軍未來可能帶3D打印機上戰場，進而讓官兵根據需求現場打印和組裝部分型號的導彈！

中國3D打印生產技術以後還要如何發展？

2019年12月，在俄羅斯聯合航空製造集團舉辦的生產系統改進項目年度競賽中，下諾夫哥羅德雄鷹飛機製造廠首席設計工程師阿列克謝名聲鵲起，這是由於他在米格-31戰鬥機升級項目中發揮了重要作用。起初，阿列克謝及其團隊發現戰機被不同工廠整修後，相關零件圖紙被修改，因此相當數量的新零件出現了安裝失敗問題。

▲「羅陽青年突擊隊」創造了一個又一個奇蹟

然而阿列克謝卻通過網購，從中國花費近兩千元人民幣購入了一台3D打印機零件和相關材料，由此讓米格-31戰鬥機升級項目起死回生。阿列克謝表示，3D打印的工序只需4道（傳統工藝為11道）；設計到製造一個零件只需29小時（比原先提高11倍）；製作一批樣件的成本則降低了98%以上！

由此可見，中國的3D打印設備和相關工藝，已在國際市場逐漸確立了自己的名聲。但另一方面，由於中國在該行業起步時間相對較晚，因此依舊面臨一系列問題，包括關鍵原材料對進口依賴程度較高、大型關鍵異型構件的系統性研究相對不足、匹配的熱處理技術和裝備積累還不夠多、全面行業標準還不夠完善、創新平台協同發展較弱以及專業人才略顯匱乏。▲如果還依靠傳統工藝，就會受到很大限制

有業界專家認為，中國首先要重點開發各類金屬/非金屬材料的自產/合成設備，由此讓中國在此方面達到相關材料質和量的雙提升，進而保障3D打印行業避免陷入「無米之炊」的處境，乃至不得不受制於人。同時，材料的替換和合成也應當注意避免浪費和破壞環境，由此做到真正的可持續低耗綠色發展。針對多個關鍵行業，中國還應當推出不同的專用裝備，並和傳統工藝結合，形成優勢互補，最終走向國際市場，打出自己的業界龍頭品牌，由此進一步實現互通有無。在國內該行業發展中，則要通過基礎數據庫的完善、標準化的建設、相關行業市場規模的擴大、創新服務平台的搭建來彌補不足。無疑，軍民融合項目的發展必然會給3D打印行業起決定性作用。