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央视曝光5代机生产线 中国用“打印机”造战机?(图)

新闻来源: 军武次位面 于2022-12-04 7:41:16  提示:新闻观点不代表本网立场



目前,中国各类新型军用机的产量日趋加快,例如歼-16依靠庞大的装备数量让俄军原版苏霍伊系列望尘莫及,歼-20的产量也满足了多个战区的装备需求,这要归功于3D打印技术带来的效率。近期,《央视军事》节目公开报道了航空工业沈飞研究所将这项技术运用在国产新型军用机生产的情况。



▲不久前,国产新型五代机的生产线得以公布,其生产方式十分独特

2013年,原沈飞公司董事长兼歼-15舰载战斗机总负责人罗阳因公殉职后不久,某国产新型战机在减重、增寿、低成本和快速响应等方面的需求愈发迫切,而原有的生产方式已无法满足需求。为快速实现核心技术突破,沈飞公司成立了增材制造“罗阳青年突击队”。

目前,这支青年尖端技术人员组成的团队已让3D打印技术在航空业打响了第一炮,近年来,3D打印制造技术已多次出现在各类报道中,那么这项技术的本质是什么?已为中国国防事业做了什么贡献呢?

3D打印技术的本质是什么?有何优势?

3D打印制造技术也称增材制造技术,这种近年来发展的新制造技术的本质是以三位数字模型为基础,将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造为三维实体,因此有别于传统的减材制造,是先进、智能、绿色、新材料和精密控制为一体的新技术。



▲3D打印制造技术指明了未来工业的发展方向之一

这种技术突破了复杂异型钩件的技术瓶颈,实现了材料微观组织和宏观结构的可控成型,彻底改变了过去的制造引导设计、经验设计的理念,反过来实现了设计引导制造、功能性优先设计、拓展优化设计的全方位转变。因此,这种技术将引领新世纪产业技术创新,也会为各类新兴产业做出巨大贡献,这其中自然包括航空航天等与国防密不可分的工程。

▲3D打印技术生产的配件不但质量好,而且成型速度快

该技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术,以数字模型文件为基础,通过软件数控系统将专用的各类不同材料按照相关的生产工艺整合起来。这一过程中,激光、电子束、紫外光是不可或缺的能源,树脂、金属、陶瓷和塑料则是常见材料。根据成型方法、材料和依靠的凝结热源,可分为分层实体制造、立体光刻、选择性激光烧结和熔融沉积成型四类。

▲一些难以加工的零部件,在3D打印技术普及后不再是难题

实验证明,该生产技术能在无模具条件下快速自由成型,由此极大压缩生产周期和零件制造成本,这种方式生产的零件还能在极大避免此类浪费的同时以几乎成型态势完成。在生产中广泛使用的激光束还会利用能量密度大的优势对传统工艺中难以被加工材料进行精密处理,利用3D打印技术生产的材料,在结构强度上则有了明显的提升。

▲3D打印零件与传统工艺生产的零件对比

这种制造技术还提供了很好的生产预见性,厂家能够结合部件完成时间制定专门的生产计划,由此实现了真正的生产和时间的可控性,而最终的装配时间,也会随着一体化成型而最终大幅缩减。这样一来,高精度加工和高强度的大部件制造,就兼顾了高精度和高质量。此外,多种材料还能由此任意复杂加工,外形对生产的限制也会大大降低。

3D打印在军事的用途

在国防项目的研发阶段,3D打印技术多半负责产品设计、相关验证、样品模型确定和制作以及样品生产,在不同阶段,使用的材料和3D打印工艺也会有所差别。例如对结构的设计和评估阶段,团队会按照比例打造高强度塑料,该过程一般不超过1-2个工作日。接下来,则会完成上色和装配,最终得到可拆卸的等比设计模型。

▲3D打印技术将推动大构件一体成型

在功能验证和样机生产时,3D打印生产工艺就会直接或间接生产样机的金属和非均属组件,用时一般为10-15天,据称部分研发机构在样机生产时只用了两个月就完成了零件生产和整机装配。一旦进入量产,3D打印技术就会在复杂结构/高成本零部件、中小批量零件等方面发挥重要作用。因此衡量现代化军工企业的一大标准,就是该技术应用程度的广泛与否。

▲一些特战无人潜航器的零部件,就是借助3D打印技术制造的

与很多被视为引领未来潮流的技术一样,美国同样在3D打印生产工艺曾充当领头羊,2021年,美军就宣布要花费14个月建造世界最大的9米长金属3D打印机,据称,美国印第安纳技术和制造公司和德国EPS公司曾计划用3D打印技术为美军提供便携式铝板跑道,以便美军空中力量在脆弱路况迅速得到起降点。

▲美军未来单兵特战轻质高强度头盔的样品

目前,美军计划利用该生产技术完成军用吊舱,陆军单兵特战头盔、潜艇和水面舰艇螺旋桨和其他备件、后勤支援船、战车组件、训练中心军营等。根据一项调查显示,用该技术生产的特种战舟艇可在一个月内完工,这几乎比传统工艺完工速度快十倍!此外,美国部分大学已和美军就3D打印新型轻质合金材料进行合作。

▲新的合金材料开发,是3D打印技术的支柱

除美国外,英国、澳大利亚、法国和西班牙等国也计划用3D打印技术协助战车、直升机部件等领域的发展。特别引人注意的是,英国未来能源项目希望用该技术开发新的炸药配方,由此降低存储和运输的成本和风险,这是由于共振声学混合器将利用声能混合材料。根据预测,3D打印制造技术将会在未来十年获得急速上升的行业价值。

3D打印制造技术如何助力解放军尖端战机和导弹?

2015年,我国三部委联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,将钛合金、高温合金等专用材料和多种相关制造专业设备列入重点培育对象。国防大学军事后勤与军事科技装备教研部李大光教授表示:上世纪末期,研发新一代战斗机需要10-20年,但借助3D打印技术,最快甚至只需三年!



▲中国3D打印技术已有相当的技术积累

罗阳去世后,技术团队一时失去主心骨,却还是在28天内打通典型工艺样件,并在公司内全流程试制,创造了业内高端装备零部件生产的奇迹。沈飞工艺研究所博士、增材制造“罗阳青年突击队”成员李晓丹表示:零件从长得像到能用上的这条路最难,团队曾在八个月里进行了800多页试验,用所有数据证明材料、工艺和零件合格,才将其最终装配到飞机上。

▲歼-20的关键零件就是以新生产工艺完成的

中国3D打印技术在飞机上的应用,已达到规模化、工程化,并处于世界领先位置。李晓丹透露:不久前首飞的新研型号上,已批量配备了3D打印零件。值得关注的是,沈飞集团最近数年内一直在不断完善鹘鹰系列五代机,因此有军迷认为李晓丹所提到的沈飞新研发战机,很可能就是最终量产的鹘鹰或终极版歼-15,而它们也将成为中国航母未来的主要舰载机。

▲中国双发重型战斗机数量的猛增,必然和科学化的生产方式有关

现在,歼-15的前起落架大型整体钛合金支撑部件利用激光增材形成,此前却需要用螺钉将多个部件连接。因此,新的歼-15不但降低了重量和加工难度,还创造了高起降架次后可靠性纪录。而鹘鹰系列的部分原型机就已广泛运用复合材料3D打印技术,因此关键种类零部件相比于包括歼-20在内的各类国产战机都大幅降低,工时和成本也随之被极大压缩。

▲运-20生产线在过去数年内迅速普及了3D打印生产技术

目前,中国歼-20等主力战斗机大量应用了3D打印技术,运-20的6种机身/主起落架接头大型主承力构件的快速制造因此在7天内完成,由此保证原型机顺利快速试飞,而成都飞机设计研究所的察打一体无人机翼龙-2同样包含至少8个3D打印的重要零部件。



▲导弹燃气舵

今年3月,中国日报海外版又发布了一篇专题报道,介绍了中国航天科工集团三院利用3D打印加速巡航导弹设计和生产的事迹。文中提到:以传统技术制造区区一个导弹方向舵往往要数十名技术人员和工人花费一两个月,而采用3D打印技术时,几名工人一周内即可完成。与此同时,该院也开始和增材制造技术中心全面合作,由此逐渐将新技术引入新型导弹设计。

▲翼龙系列无人机也不断使用3D打印零件

《解放军报》信息称,3D打印导弹比传统方式制造的导弹更廉价,在设计和制造时极大节约了时间,例如高超音速武器的超燃冲压发动机就将借助3D打印而走向大规模量产。预计到2025年,服务于航空航天领域的金属3D打印装备就会超600台,因此国防工业军事观察员吴培鑫表示:解放军未来可能带3D打印机上战场,进而让官兵根据需求现场打印和组装部分型号的导弹!

中国3D打印生产技术以后还要如何发展?

2019年12月,在俄罗斯联合航空制造集团举办的生产系统改进项目年度竞赛中,下诺夫哥罗德雄鹰飞机制造厂首席设计工程师阿列克谢名声鹊起,这是由于他在米格-31战斗机升级项目中发挥了重要作用。起初,阿列克谢及其团队发现战机被不同工厂整修后,相关零件图纸被修改,因此相当数量的新零件出现了安装失败问题。

▲“罗阳青年突击队”创造了一个又一个奇迹

然而阿列克谢却通过网购,从中国花费近两千元人民币购入了一台3D打印机零件和相关材料,由此让米格-31战斗机升级项目起死回生。阿列克谢表示,3D打印的工序只需4道(传统工艺为11道);设计到制造一个零件只需29小时(比原先提高11倍);制作一批样件的成本则降低了98%以上!

由此可见,中国的3D打印设备和相关工艺,已在国际市场逐渐确立了自己的名声。但另一方面,由于中国在该行业起步时间相对较晚,因此依旧面临一系列问题,包括关键原材料对进口依赖程度较高、大型关键异型构件的系统性研究相对不足、匹配的热处理技术和装备积累还不够多、全面行业标准还不够完善、创新平台协同发展较弱以及专业人才略显匮乏。

▲如果还依靠传统工艺,就会受到很大限制

有业界专家认为,中国首先要重点开发各类金属/非金属材料的自产/合成设备,由此让中国在此方面达到相关材料质和量的双提升,进而保障3D打印行业避免陷入“无米之炊”的处境,乃至不得不受制于人。同时,材料的替换和合成也应当注意避免浪费和破坏环境,由此做到真正的可持续低耗绿色发展。



针对多个关键行业,中国还应当推出不同的专用装备,并和传统工艺结合,形成优势互补,最终走向国际市场,打出自己的业界龙头品牌,由此进一步实现互通有无。在国内该行业发展中,则要通过基础数据库的完善、标准化的建设、相关行业市场规模的扩大、创新服务平台的搭建来弥补不足。无疑,军民融合项目的发展必然会给3D打印行业起决定性作用。



历经30多年的发展,中国3D打印制造产业的规模已有了喜人的变化。在2011年,国内该市场的规模仅为10亿元人民币左右,但到了2016年,其规模却超过了80亿元!根据他国数据分析机构预测,中国3D打印制造产业很可能将维持至少22.3%的年增长率,最终彻底领先美国在内的任何国家。

▲尽管罗阳总师逝去,但他的精神永存

如今,国内以沈飞集团“罗阳青年突击队”为代表的技术骨干们作为业界先锋,秉承烈士遗志,直接推动了中国航母舰载机的发展,这无疑是铭记罗阳总师最好的方式。因此,歼-20和运-20等20时代机型只是阶段性代表,随着我国成为美国外唯一的六代战机竞标者,这种技术也将见证伴随国产尖端空战武器实现再一次跨代。

网编:空问站

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