3D打印技術可以追溯到1984年, Charles Hull最早開發出從數字數據打印出3D物體的技術并在2年后開發出第一臺商業3D印刷機。隨后在整個90年代不斷完善了其基本技術和規范,并在21世紀出投入了應用。
鈦是一種密度只有鋼鐵的一半,強度卻遠勝于絕大多數合金的材料,被廣泛用于航天航空業。美國是最早開發鈦合金3D打印技術的國家。1985年,美國就在國防部的主導下秘密開始了鈦合金激光成形技術的研究,并在1992年公之于眾。隨后美國繼續研發這一技術,并在2002年將激光成形的鈦合金零件裝上戰機試驗。
然而,因為在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術難題無法解決,美國始終無法生產高強度、大尺寸的激光成形鈦合金構件。2005年,美國從事鈦合金激光成型制造業務的商業公司Aeromet由于始終無法生產出性能滿足主承力要求的大尺寸復雜鈦合金構件,沒有實現有價值的市場應用而倒閉。美國的其他國家實驗室也無法攻克這一難題,目前只能進行小尺寸鈦合金部件的打印和鈦合金零件表面修復。
一、3D技術在航空領域大顯身手
兩年前,一架名為“SULSA”的無人駕駛飛機橫空出世震驚了世界。“SULSA”由英國南安普敦大學的兩位年輕工程師設計和制造,除了驅動用的馬達,包括機翼、整體控制面和艙門在內的所有部件都是在2天時間里“打印”組裝出來的。
也就是在短短兩年時間里,3D打印技術已運用于軍事和航空航天領域,造價高昂的戰斗機、艦載機等也都能通過“打印出爐”了。目前我國已經具備了使用激光成形超過12平方米復雜鈦合金構件的技術和能力,并在航空科研項目的設計試制中投入使用。
1、生產效率是傳統的3倍
由于抓住了“投入產出比”的脈搏,3D打印技術被英國《經濟學人》雜志預測為“將推動新一輪工業革命的來臨”。這一具有數字化、智能化等特點的先進“復制”制造技術在民用化的同時,也悄然成為國防和軍事工業的“新貴”。
在國防大學軍事后勤與軍事科技裝備教研部教授李大光看來,3D打印技術可以減輕后勤保障壓力。就目前來說,使用相同數量的耗材制造零件,3D打印機的生產效率是傳統方法的3倍。如果在戰場上有一臺3D打印機,就可以及時生產出戰場上消耗的武器裝備和補給物資,這將大大減輕后方生產和后勤保障的壓力。
隨著“制空權”對于現代戰爭的意義越來越重大,各國在積極研發新一代戰機的同時,3D打印技術也逐漸被吸納運用其中。
上世紀八九十年代,要研發新一代戰斗機至少要花10—20年的時間。美國F-15戰斗機從1966年計劃研發到首飛就耗時6年,F-22則花了16年;俄羅斯的蘇-27耗時10年,蘇-30也花了6年。
在傳統的戰斗機制造流程當中,飛機的3D模型設計好后,需要進行長期的投入來制造水壓成型設備,而使用3D打印這種增材制造技術后,零件的成型速度、應用速度得以大幅度提高。
李大光表示,3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件。如果借助3D打印技術及其他信息技術,最少只需3年時間就能研制出一款新戰斗機。