《開講啦》殲15 總設(shè)計師透漏3D打印在一種型材上節(jié)省5億元

2017年4月26日，我國第二艘航空母艦正式下水，標志著我國自主設(shè)計建造航空母艦取得重大階段性成果，而我國首款航母艦載機殲-15再度引起關(guān)注。5月27日，由央視《開講啦》特別策劃“壯志凌云，藍天亮劍”系列節(jié)目，殲-15艦載機總設(shè)計師孫聰為我們分享戰(zhàn)斗機設(shè)計背后的故事，3D打印技術(shù)在殲15的設(shè)計中起到了什么樣至關(guān)重要的作用。

在演講中，殲-15艦載機總設(shè)計師孫聰院士讓人震驚的表示：要做一個鈦合金的型材，全飛機加起來只要20公斤，但是光需要拉伸機的投入5億元，而且之前一個5公斤鈦合金航空異型件，就需要100公斤的材料，95公斤都是鐵屑扔掉了，浪費率高達驚人的95%。而采用3D打印增材技術(shù)，可能只要6公斤，稍微一切削就可以使用了。

“早期的時候，我們有一個項目，要實現(xiàn)材料全部國產(chǎn)，研制一型飛機。其中我們有一個叫鈦合金的型材，全機的飛機加在一起就要用二十公斤，就要投資五個億的拉伸機，才能把這個型材拽出來。當時我們就想兩種出路，一種就是不用鈦合金，能不能用高強度的，又耐高溫，強度又相當?shù)臇|西來代替。還有一種就是說我們不用這種加工工藝行不行。

在這個時候，北航的王華明老師，現(xiàn)在也是我們工程院的王華明院士，帶著一個小核桃，一個3D打印的鈦合金小核桃來找我。他說我用激光一點一點地把它加工出來的，激光堆焊出來的。后來我們說那你能不能給我們用這個工藝焊一個鈦合金出來。結(jié)果他回去用了三個月的時間，就做了這么一段鈦合金的小樣件。我們經(jīng)過力學(xué)的一個測試，覺得它完全可以代替這個鍛鑄件的水平。這件事兒，當時我們國家在鈦合金3D打印技術(shù)上，它是一個啟蒙，一個奠基。這種技術(shù)對這種異型結(jié)構(gòu)，就不是正規(guī)有規(guī)律的形狀，這種結(jié)構(gòu)做起來是非常簡捷的，也非�？焖�。

王華明教授

另外它是增材制造，也是我們低成本制造的一個方面。過去特別是我們航空的這個結(jié)構(gòu)件兒，一般是一百公斤的材料，摳到最后只有五公斤是有用的，九十五公斤都是鐵屑扔掉了。所以說用這個3D打印的增材制造的方式，就是一點點，可能漲到六公斤，稍微一切削就可以來使用了，這也是低成本的一種方式。最后我們的3D打印實際上是獲得了國家科技發(fā)明的一等獎�！�
相信大家對王華明院士都不陌生，據(jù)南極熊了解，王華明院士研制的金屬構(gòu)件激光熔化沉積增材制造技術(shù)自2005年以來已在殲-15、運-20、殲-11B、殲-31、C919等7種飛機、東風XX等3種導(dǎo)彈、遙感24等2種衛(wèi)星、FWS13等3種航空發(fā)動機和1型燃氣輪機等重點型號研制生產(chǎn)中工程應(yīng)用并發(fā)揮關(guān)鍵作用。在殲-15戰(zhàn)機上，其前起落架大型整體鈦合金支撐框尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以整體成形制造，而利用激光增材制造的鈦合金構(gòu)件目前已經(jīng)累計飛行起降10000余架次，工作正常。
在運-20研制中，激光增材制造技術(shù)在7天內(nèi)完成6種機身/主起落架接頭大型主承力構(gòu)件的快速制造，確保了飛機如期首飛；成果被確定為飛機“降成本計劃”的主要途徑，主起落架支柱、翼/身對接框、尾翼懸掛操縱一體接頭等8大類、28種大型復(fù)雜整體鈦合金關(guān)鍵主承力構(gòu)件通過工程驗證考核并陸續(xù)安計劃裝機應(yīng)用。國產(chǎn)大飛機C919同樣運用了3D打印鈦合金零件，主要用在飛機主風擋窗框、機翼和機體銜接部位。除此之外，他主持研究的新型特種涂層還應(yīng)用于某航空發(fā)動機矢量噴管高溫重載驅(qū)動機構(gòu)，累計試車216小時，無明顯磨損，而傳統(tǒng)方案試車10余小時最大磨損深度達2mm。
王華明評上院士 都做了哪些3D打印研究？
【熊視頻】王華明院士的北京煜鼎增材，２米大金屬3D打印件

傳統(tǒng)制造方式不僅僅是浪費材料的問題，制造成本更是高得出奇。孫聰院士透露的信息更讓人震驚：飛機上用的鈦合金型材，全機加起來20公斤，卻需要投資5個億的拉伸機，才能把這個型材拽出來。還好，近年來，在我國新型飛機研制過程中，3D打印低成本制造技術(shù)成為了新手段。據(jù)孫聰院士介紹，對鈦合金異型結(jié)構(gòu)件，就是沒有規(guī)律和形狀的結(jié)構(gòu)件，3D打印技術(shù)做起來非常簡捷，而且非常快速。

其實在此前的央視采訪中，孫聰院士也對3D打印在戰(zhàn)斗機上的應(yīng)用情況進行過具體介紹：在起落架上，之前需要螺釘進行連接的兩個或者多個部件，通過3D打印技術(shù)可以一次成型；保證足夠強度的同時，既減輕了重量，還降低了加工難度。此前需要焊接才能完成的三通管路，通過3D打印技術(shù)能夠直接制造出一體結(jié)構(gòu)，省去了之前焊接的流程，提高了成品化率。

孫聰院干對于3D打印在新機上的應(yīng)運，只是舉了兩個具體的例子，其實，3D打印對飛機結(jié)構(gòu)的減重起著巨大的作用，中國現(xiàn)有的3D打印技術(shù)已經(jīng)可以打印飛機的一些承力框部件、飛機用鈦合金、航空發(fā)動機重要部件過渡鍛等。西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授帶領(lǐng)的金屬3D打印創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊，已經(jīng)可以打印出C919大飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件，在我國新型戰(zhàn)機上的應(yīng)用自然少不了3D打印技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，零件構(gòu)造越來越復(fù)雜，力學(xué)性能要求越來越高，重量卻要求越來越輕，通過傳統(tǒng)工藝很難制造。而3D打印則可以滿足這些需求。

據(jù)悉，中航集團沈陽所利用國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計新技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)材料和新工藝將蘇-27改進為殲-11B并裝備部隊，該機實現(xiàn)成噸減重，飛機結(jié)構(gòu)強度和推重比明顯提高。這里面，3D打印技術(shù)功不可沒。

我國空軍級試飛員專家李中華，被稱為中國大氣層內(nèi)飛行速度最快的人，可是他第一次在艦載機模擬器上著艦也沒有成功。孫聰透露，因為陸基飛機和艦載機的飛行策略是不同的，因此，中國的艦載機研發(fā)還承擔著飛行員的培養(yǎng)工作。這項工作的重要性和難度不亞于飛機研發(fā)本身，因為艦載機的起降在空間、速度上有嚴苛的要求，而且需要跟航母的速度、甲板風的速度結(jié)合在一起，完成“精準”的起降，稍有不慎，就會造成無法挽回的后果。孫聰?shù)膱F隊悉心研究了國外艦載機起降失事的事故，從中總結(jié)出了一套我們國家自己的訓(xùn)練方法，也正是對飛行員的同步培養(yǎng)工作，使得殲-15的成功著艦令西方人大吃一驚。

                     

回首34年航空軍工生涯，更喜歡用平淡而誠摯的表達作演講的孫聰，精簡地提煉了一個“三心二義”的心得。什么是“三心二義”呢？孫聰表示，年輕人想做好一件事，需要有目標堅定的雄心、耐得住寂寞的耐心、以小及大的責任心，更重要的是，要講“俠義”和“情義”，做一個智商和情商兼具的年輕人。