《開(kāi)講啦》殲15 總設(shè)計(jì)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(guó)第二艘航空母艦正式下水，標(biāo)志著我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造航空母艦取得重大階段性成果，而我國(guó)首款航母艦載機(jī)殲-15再度引起關(guān)注。5月27日，由央視《開(kāi)講啦》特別策劃“壯志凌云，藍(lán)天亮劍”系列節(jié)目，殲-15艦載機(jī)總設(shè)計(jì)師孫聰為我們分享戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)背后的故事，3D打印技術(shù)在殲15的設(shè)計(jì)中起到了什么樣至關(guān)重要的作用。

在演講中，殲-15艦載機(jī)總設(shè)計(jì)師孫聰院士讓人震驚的表示：要做一個(gè)鈦合金的型材，全飛機(jī)加起來(lái)只要20公斤，但是光需要拉伸機(jī)的投入5億元，而且之前一個(gè)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(fèi)率高達(dá)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(shí)候，我們有一個(gè)項(xiàng)目，要實(shí)現(xiàn)材料全部國(guó)產(chǎn)，研制一型飛機(jī)。其中我們有一個(gè)叫鈦合金的型材，全機(jī)的飛機(jī)加在一起就要用二十公斤，就要投資五個(gè)億的拉伸機(jī)，才能把這個(gè)型材拽出來(lái)。當(dāng)時(shí)我們就想兩種出路，一種就是不用鈦合金，能不能用高強(qiáng)度的，又耐高溫，強(qiáng)度又相當(dāng)?shù)臇|西來(lái)代替。還有一種就是說(shuō)我們不用這種加工工藝行不行。

在這個(gè)時(shí)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(gè)小核桃，一個(gè)3D打印的鈦合金小核桃來(lái)找我。他說(shuō)我用激光一點(diǎn)一點(diǎn)地把它加工出來(lái)的，激光堆焊出來(lái)的。后來(lái)我們說(shuō)那你能不能給我們用這個(gè)工藝焊一個(gè)鈦合金出來(lái)。結(jié)果他回去用了三個(gè)月的時(shí)間，就做了這么一段鈦合金的小樣件。我們經(jīng)過(guò)力學(xué)的一個(gè)測(cè)試，覺(jué)得它完全可以代替這個(gè)鍛鑄件的水平。這件事兒，當(dāng)時(shí)我們國(guó)家在鈦合金3D打印技術(shù)上，它是一個(gè)啟蒙，一個(gè)奠基。這種技術(shù)對(duì)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(lái)是非常簡(jiǎn)捷的，也非�？焖佟�

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(gè)方面。過(guò)去特別是我們航空的這個(gè)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(shuō)用這個(gè)3D打印的增材制造的方式，就是一點(diǎn)點(diǎn)，可能漲到六公斤，稍微一切削就可以來(lái)使用了，這也是低成本的一種方式。最后我們的3D打印實(shí)際上是獲得了國(guó)家科技發(fā)明的一等獎(jiǎng)。”
相信大家對(duì)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(lái)已在殲-15、運(yùn)-20、殲-11B、殲-31、C919等7種飛機(jī)、東風(fēng)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(dòng)機(jī)和1型燃?xì)廨啓C(jī)等重點(diǎn)型號(hào)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(jī)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(jì)飛行起降10000余架次，工作正常。
在運(yùn)-20研制中，激光增材制造技術(shù)在7天內(nèi)完成6種機(jī)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(jī)如期首飛；成果被確定為飛機(jī)“降成本計(jì)劃”的主要途徑，主起落架支柱、翼/身對(duì)接框、尾翼懸掛操縱一體接頭等8大類(lèi)、28種大型復(fù)雜整體鈦合金關(guān)鍵主承力構(gòu)件通過(guò)工程驗(yàn)證考核并陸續(xù)安計(jì)劃裝機(jī)應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919同樣運(yùn)用了3D打印鈦合金零件，主要用在飛機(jī)主風(fēng)擋窗框、機(jī)翼和機(jī)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(dòng)機(jī)矢量噴管高溫重載驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，累計(jì)試車(chē)216小時(shí)，無(wú)明顯磨損，而傳統(tǒng)方案試車(chē)10余小時(shí)最大磨損深度達(dá)2mm。
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傳統(tǒng)制造方式不僅僅是浪費(fèi)材料的問(wèn)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(jī)上用的鈦合金型材，全機(jī)加起來(lái)20公斤，卻需要投資5個(gè)億的拉伸機(jī)，才能把這個(gè)型材拽出來(lái)。還好，近年來(lái)，在我國(guó)新型飛機(jī)研制過(guò)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(duì)鈦合金異型結(jié)構(gòu)件，就是沒(méi)有規(guī)律和形狀的結(jié)構(gòu)件，3D打印技術(shù)做起來(lái)非常簡(jiǎn)捷，而且非�？焖�。

其實(shí)在此前的央視采訪中，孫聰院士也對(duì)3D打印在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用情況進(jìn)行過(guò)具體介紹：在起落架上，之前需要螺釘進(jìn)行連接的兩個(gè)或者多個(gè)部件，通過(guò)3D打印技術(shù)可以一次成型；保證足夠強(qiáng)度的同時(shí)，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(guò)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(duì)于3D打印在新機(jī)上的應(yīng)運(yùn)，只是舉了兩個(gè)具體的例子，其實(shí)，3D打印對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的減重起著巨大的作用，中國(guó)現(xiàn)有的3D打印技術(shù)已經(jīng)可以打印飛機(jī)的一些承力框部件、飛機(jī)用鈦合金、航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件過(guò)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(tuán)隊(duì)，已經(jīng)可以打印出C919大飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件，在我國(guó)新型戰(zhàn)機(jī)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(lái)越復(fù)雜，力學(xué)性能要求越來(lái)越高，重量卻要求越來(lái)越輕，通過(guò)傳統(tǒng)工藝很難制造。而3D打印則可以滿(mǎn)足這些需求。

據(jù)悉，中航集團(tuán)沈陽(yáng)所利用國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)材料和新工藝將蘇-27改進(jìn)為殲-11B并裝備部隊(duì)，該機(jī)實(shí)現(xiàn)成噸減重，飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和推重比明顯提高。這里面，3D打印技術(shù)功不可沒(méi)。

我國(guó)空軍級(jí)試飛員專(zhuān)家李中華，被稱(chēng)為中國(guó)大氣層內(nèi)飛行速度最快的人，可是他第一次在艦載機(jī)模擬器上著艦也沒(méi)有成功。孫聰透露，因?yàn)殛懟�飛機(jī)和艦載機(jī)的飛行策略是不同的，因此，中國(guó)的艦載機(jī)研發(fā)還承擔(dān)著飛行員的培養(yǎng)工作。這項(xiàng)工作的重要性和難度不亞于飛機(jī)研發(fā)本身，因?yàn)榕炤d機(jī)的起降在空間、速度上有嚴(yán)苛的要求，而且需要跟航母的速度、甲板風(fēng)的速度結(jié)合在一起，完成“精準(zhǔn)”的起降，稍有不慎，就會(huì)造成無(wú)法挽回的后果。孫聰?shù)膱F(tuán)隊(duì)悉心研究了國(guó)外艦載機(jī)起降失事的事故，從中總結(jié)出了一套我們國(guó)家自己的訓(xùn)練方法，也正是對(duì)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(chéng)摯的表達(dá)作演講的孫聰，精簡(jiǎn)地提煉了一個(gè)“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(biāo)堅(jiān)定的雄心、耐得住寂寞的耐心、以小及大的責(zé)任心，更重要的是，要講“俠義”和“情義”，做一個(gè)智商和情商兼具的年輕人。