2015-08-02 22:46:26来源：观察者网

　　在3D打印领域，中国是个后来者，但近年来技术进步迅速，大有后来居上之势。据新华社报道，中船重工第705研究所历经一年时间的研制，该所在3D打印机技术领域取得重大突破，借助直接金属激光烧结快速成型技术实现了3D打印，成为继美国、德国的3D打印巨头之后，世界上第四家掌握该技术的企业。

　　中船重工第七O五研究所试制完成金属直接烧结快速成型技术（DMLS）首台样机，成为世界上第四家掌握该技术的企业。

　　直接金属激光烧结成型技术（Direct Metal Laser-Sintering，缩写DMLS）是3D打印技术领域王冠上的明珠。该技术因为直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积，同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠，以生成致密的几何形状的实体零件。而金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，结构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体。

　　通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数，可以生成性能差异变化很大的零件，从具有多孔性的透气钢，到耐腐蚀的不锈钢再到组织致密的模具钢。采用DMLS技术甚至能够直接制造出非常复杂的零件，避免了采用铣削和放电加工，为设计提供了更宽的自由度。

　　早些年只有相对软的材料适用这种技术，而随着技术的不断进步，适用领域也扩展到了塑料、金属压铸和冲压等各种量产模具。

　　目前国际上主要利用该技术制造高受力构件及传统工艺无法加工的复杂构件、不规则构件的成型，它能达到同牌号金属最高强度的90%至95%，具有精度高、成型限制极少的特点，被广泛应用于高端精密零部件制造等领域，比如航空航天、汽车、医学个性化件制造、小型注塑模具及镶件等，此外还可以应用该技术针对小批量、个性化的一些复杂件进行加工。

　　长期以来，直接金属激光烧结技术一直由德、美等国少数3D打印巨头把持，据观察者网查询，已经掌握DMLS技术的公司包括美国3D打印巨头Stratasys、激光设备制造商Fonon公司和德国3D打印机制造商EOS公司等，其中德国EOS是该领域的先行者，上世纪70年代就开始研究3D打印技术，1994年获得第一个DMLS技术专利，现在是世界中最大的DMLS系统制造商。

　　为尽快掌握该技术，2014年8月，705所昆明分部成立增材制造事业部——U3团队，专门从事该项技术的研究和产品研发。通过引进国内外优秀技术团队，加快对“机械结构、智能控制、软件工程、新材料”等增材制造相关领域关键技术的研发。在完成熔融沉积技术（FDM）打印机的开发定型后，集中力量突破金属激光烧结成型技术。经过历时一年的研制，终于完成了具有自主知识产权的首台直接金属激光烧结成型技术原理样的试制。

　　目前，该所技术团队采用这项关键技术，完成了316L不锈钢、钛合金等金属粉末零件的烧结测试工作。

　　为实现3D打印技术快速发展，下一步七O五所将在昆明分部新区建设增材制造产业园和云南省激光快速成型技术中心，配置DMLS量产型设备、FDM非金属3D打印机群，以及相应的3D扫描建模设备，打造一个集增材制造技术研究，设备研发、生产和提供增值服务为一体的增材制造产业基地。

　　给力！国产新战机3D打印大型构件曝光

　　[环球军事报道]军民融合，共圆中国梦。7月16日上午，国防科技工业军民融合发展成果展在北京隆重开幕，近千项具有代表性的军转民重大成果和产品集中亮相。此次展览是国防科技工业领域首次举办军民融合主题展览，也是全部军工集团公司首次以集团整体形象对外展示。图为采用“大型金属构件激光增材制造技术”生产出来的飞机机身整体加强框！（摄影：徐璐明）

　　在展会现场，多家大型参展商都带来了最新的军用和民用产品成果，其中不少展品是首次亮相。在北京航空航天大学展台处，记者就看到了一具使用大型金属构件激光增材制造技术所生产的大型部件。据现场工作人员介绍，这具大型部件是航空飞行器所使用的机体部件之一。在宣传展板上，记者也留意到，北航激光增材已制造近50件大型关键钛合金、超高强度钢构件，通过大型运输机、大型客机、舰载机、新型火箭等装备的静强度、动强度、疲劳寿命、冲击、震动等全尺寸零件试验考核。

　　据了解，这款以实物展出的大型飞行器构件，是迄今国际上最大的激光增材制造主承力关键钛合金构件飞机机身整体加强框，无模、整体、快速研制。而所谓的激光增材制造技术，就是3D打印技术中的一种，采用这种激光增材制造技术制造的飞机机身整体加强框，与传统技术相比，有着高性能、低成本、快速试制的特点。现场工作人员介绍，展出的这款飞机机身整体加强框，生产周期只有采用传统技术制造的五分之一，同时在强度、寿命等各项指标上，与传统工艺技术部件相比更加优秀。除了这款飞机机身整体加强框外，现场还展出了使用这种激光3D打印技术制造的国产C919大飞机驾驶舱玻璃窗框架。

　　在现场的一份考核报道里提及，中国飞机强度研究所根据歼-XX舰载机、四代机方案、XX大型运输机等飞机研制任务要求，对采用激光成形技术制造的多个钛合金部件进行飞机构件的性能考核试验，其中四代机方案激光成形钛合金翼身构件通过静力及疲劳性能寿命考核，满足飞机设计要求。其他考核试验结果中，采用激光成形技术制造的钛合金构件均顺利通过，并且表现出了构件强度裕度很大的优势。由此得知，采用激光成形技术制造的部件已经在一些国产新型战斗机上得到了应用，并表现出良好的效果。而展会现场展出的这具机身整体加强框，从外观上不难推断出，是战斗机所使用的。

　　关于3D打印技术在中国航空制造业领域的应用，香港《南华早报》曾有报道，中国第一款本土商用客机C-919、第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一款本土隐形战斗机歼-20及第五代战斗机歼-31的研发均使用了3D打印技术。

　　北京航空航天大学航空材料专家王华明教授去年、、在中国科学院一个专题讨论会上曾经表示，中国现在仅需55天就可以“打印出”C-919客机的主风挡整体窗框。王华明说，欧洲一家飞机制造公司表示，他们生产同样的东西至少要两年，光做模具就要花200万美元。2012年1月18日，王华明教授主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖。王华明认为，中国大型3D打印技术已超过美国，因为许多美国同行只是用这门技术生产“小玩意”。

　　展会现场展出的这具飞机机身整体加强框，只是中国3D打印技术在航空制造领域应用的一个缩影。在2014年11月举办的第十届珠海航展上，记者就曾采访过当时唯一的一家3D打印参展商——西安铂力特激光成形技术有限公司。在展品中，记者看到一个受损的战斗机涡扇发动机叶片。据了解，这块叶片是战斗机在使用过程中造成损坏，由西安铂力特使用3D打印技术进行了修复，实现了损坏零部件的修复再利用。还有一件展品就是C919客机缘条零件，该零件是首次在航展上曝光，作为大型客机的承重部件，已经能够使用国产的3D打印技术制造。

　　随着中国制造在航空领域的不断进步，3D打印技术也迎来了发展的春风，相信在不久的将来，这一技术会更加成熟与完善，成为国际制造业中的一支标杆。

　　采用“大型金属构件激光增材制造技术”生产出来的飞机机身整体加强框。

　　采用“大型金属构件激光增材制造技术”生产出来的C919客机窗框。

　　中国研出首台航天用多激光金属3D打印机

　　工作人员展示首台航天3D打印机用钴铬合金材料打印的航空发动机叶轮

　　未来，也许只需运送一台3D打印机到太空，航天员就可以在太空自主打印所需的物品。为了早日实现“太空制造”梦想，中国航天科技集团公司上海航天技术研究院积极发展3D打印技术，目前已成功联合研制出首台航天多激光金属3D打印机。

　　记者在上海航天技术研究院看到，这台3D打印机看上去形如一个银灰色柜子，柜子左上侧设置了一个小小的玻璃窗，右上侧设置了电脑及键盘，制作人员在电脑上输入需要打印的模型，放入粉末状的打印材料，按下打印键，就可以从玻璃窗里看到，打印材料被一层层地送入到打印区域，从底部向上打印，机器不断循环“送粉－铺粉－激光熔化”过程，粉末每铺一层，激光束便会选择熔化相应的零件截面图形，然后以每层0.02毫米的厚度逐层添加粉末，最终完成金属激光熔化的生产过程。

　　据上海航天技术研究院高级工程师王联凤介绍，这台3D打印机采用双激光器，一种是长波的光纤激光器，另一种是短波的二氧化碳激光器，可以打印长宽高不超过250毫米的物品，每小时可打印8立方厘米，打印材料为不锈钢、钛合金、镍基高温合金等。这种双激光金属选区熔化3D打印机的相关技术，目前已申请多项国家专利。

　　根据应用需求，首台航天3D打印机已成功打印出卫星星载设备的光学镜片支架、核电检测设备的精密复杂零件、飞机研制过程中用到的叶轮、汽车发动机中的异形齿轮等构件。这些构件有的为网状镂空结构、有的形状极其不规则、有的微小而复杂，如果采取传统加工技术，不仅造价昂贵、废品率高，甚至难以加工生产。而这台航天3D打印机很快就能打印出来。经过测试，这些打印的零件性能满足工程化应用要求。

　　PLA军舰缆绳齿轮断裂舰上3D打印机快速打印修复

　　元旦过后，海军某驱逐舰支队一艘战舰在进港停泊时，绞缆绳的传动齿轮锯齿突然断裂，无法快速抛锚。紧急关头，机电部门维修人员快速卸下受损齿轮，走进位于船尾的移动方舱对齿轮展开抢修。很快，受损齿轮得到修复。

　　“这得益于增材再制造技术的成功应用。”战舰机电部门值更员任亚伦告诉记者：“这里面犹如一个微型‘加工车间’，能够快速修复、制造出常用甚至非标零件。”

　　走进移动方舱，记者看到舱内摆放着计算机、熔铸设备、成型机，以及铝合金材料、不锈钢粉末等增材再制造必需材料。通过计算机内存储的大量备件三维数据模型，成型机可根据模型对受损零件进行快速修复，部分简易零件可现场制造，大大提高了战时装备保障效率。

　　“其原理和当今热门的3D打印技术原理相近。”中国工程院院士徐滨士告诉记者，目前该技术已通过总部评审，走进了三军装备保障体系。(李飞、记者王瑶)

　　这个牛X！同济大学3D打印飞机成功试飞

　　图为正在打印的微型飞机

　　图为打印出的微型飞机正在试飞。

　　沈海军教授介绍，此次同济大学三维打印微型飞机成功试飞，在国内尚属首例，它展示了3D打印技术在微小飞机设计与制造领域上应用的可行性。

　　由于团队现有三维打印机最大打印幅度的限制，，28cm成为微小飞机实验室师生们设计该微型飞机的特征尺寸，经过一轮缜密的飞机设计过程后，飞机被确定为：上单翼、前拉式驱动、后三点式起落架布局、型尾翼、矩形机翼和平尾、三角形垂直安定面、半圆形方向舵、升力面镂空和杆式机身；机翼翼型采用相对厚度为0.1的平板翼。最终，飞机CAD电子图纸被转换为三维打印机识别的STL格式，以备三维打印机打印。

　　下一篇：有了3D打印机一切皆有可能！

　　中国首次用3D打印造飞机钛合金大型主承力构件2013年01月22日 14:42

　　来源：中国航空新闻网

　　美国使用3D打印技术制造的小型钛合金零件（资料图）

　　王华明，北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”。开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域，建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”，在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项，发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获得“北京市教学成果一等奖”及“国家教学成果二等奖”。2013年入选国家“万人计划”第一批科技创新领军人才。

　　当前，“绿色浪潮”席卷全球，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。

　　从“减法”到“加法”

　　实现质的飞跃

　　高性能金属构件激光成形技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积(生长)，从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的“近净成形”。这一技术1992年在美国首先提出并迅速发展。由于高性能金属构件激光成形技术对大型钛合金高性能结构件的短周期、低成本成形制造具有突出优势，在航空航天等装备研制和生产中具有广阔的应用前景，受到政府和业界的高度关注。

　　在王华明教授看来，从传统的大型钛合金结构件制造方法，如整体锻造、切削技术，到这种新型的激光直接制造技术，实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。采用整体锻造等传统方法制造大型钛合金结构件，是一个做“减法”的过程。零件的加工除去量非常大。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4. 90%，这势必造成大量的原材料损耗。与此同时，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。并且传统方法对制造技术及装备的要求高，通常需要大规格锻坯加工及大型锻造模具制造、万吨级以上的重型液压锻造装备，制造工艺相当复杂，生产周期长、制造成本高。

　　相较于传统的大型钛合金结构件整体锻造，激光直接制造是一种做“加法”的加工技术，主要用高功率的激光束对粉末丝材进行熔化，往上堆积，实现材料逐层添加，直接根据构件的CAD模型一次加工成形。激光直接制造得到的零件微观组织很细，力学性能很好，也可以实现多种材料铸造。综合来讲，这种技术的优势主要表现为：无需大型锻造工业装备、大型锻造模具及锻坯制备加工；机械加工余量小、材料利用率高、生产周期短；加工过程实现结构件“近净成形”，只需一步完成；加工设计灵活度高，可以实现特殊功能零部件的“原位”铸造；所制备的零件具有优异的综合力学性能，等等。这样就大大降低了制造成本，提高了制造效率与加工质量。

　　王华明认为，大型钛合金结构件激光直接制造技术确实是一种带有变革性的，短流程、低成本的数字化制造技术，其被国内外公认为是对飞机、发动机、燃气轮机等重大工业装备研制与生产具有重要影响的核心关键制造技术之一。

　　“产学研”相结合

　　助力“近净成形”结构件飞上蓝天

　　正是大型钛合金结构件激光直接制造技术所具有的短流程、低成本的特性和广阔的应用前景，引起了国内的高度关注。从2001年起，我国钛合金结构件激光快速成形技术的研究开始受到相关科技管理部门的高度重视，总装备部、国防科工局、国家自然科学基金委员会、国家“973”计划、国家“863”计划等主要科技研究计划，均将钛合金激光直接成形制造技术作为重点项目给予持续资助。在此背景下，王华明教授带领其科研团队以实现应用为目标，采用“产学研”相结合的方式，与沈阳飞机设计研究所、第一飞机设计研究院等单位展开紧密合作，经过持续十几年的艰辛努力，在突破飞机钛合金小型次承力结构件激光快速成形及应用关键技术的基础上，突破了飞机钛合金大型复杂整体主承力构件激光成形工艺、内部质量控制、成套装备研制、技术标准建立及应用关键技术，使我国成为迄今国际上唯一实现激光成形钛合金大型主承力关键构件在飞机上实际应用的国家。

　　“研”为“产”之体。技术的突破是实现成功应用的基础。零件“变形开裂”、“内部缺陷和内部组织”控制是制约激光成形技术的瓶颈，王华明及其科研团队在解决制约激光成形技术的难题方面取得了可喜的成绩。在飞机钛合金大型整体主承力结构件激光快速成形工艺研究、工程化成套装备研发与装机应用关键技术攻关等方面取得了突破性的进展，有效解决了激光快速成形钛合金大型整体主承力结构件“变形开裂”预防、“凝固组织和内部缺陷”控制等问题。具体的技术突破包括以下几个方面：

　　王华明及其团队提出了原创性的“热应力离散控制”方法，为解决大型钛合金主承力结构件激光快速成形过程零件严重翘曲变形与开裂难题找到了一条新路；其次，发明了激光快速成形双相钛合金“特种热处理”新工艺，获得了综合力学性能优异的显微组织新形态，使激光快速成形钛合金的综合力学性能得到显著提高，为提高飞机等钛合金主承力构件的使用安全性和损伤容限性能找到了一个新的解决方法；再次，突破了激光快速成形TA15钛合金大型结构件内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术，飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件水平。

　　“产”为“研”之用。实现成功应用是进行技术突破的目的。本着以这一目标信念，王华明教授及其科研团队在航空制造领域取得了突出的成绩。这些成绩在一个个数字当中得到最生动的体现：2005年7月成功实现激光快速成形TA15钛合金飞机角盒、TC4钛合金飞机座椅支座及腹鳍接头等4种飞机钛合金次承力结构件在 3 种飞机上的装机应用，零件材料利用率提高了5倍、周期缩短了2/3、成本降低了1/2以上；制造出了迄今世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套设备，其零件激光融化沉积真空腔尺寸达4000mm×3000mm×2000mm；2009年，王明华团队利用激光快速成形技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框，在此之前只有欧洲一家公司能够做，仅每件模具费就高达50万美元，而利用激光快速成形技术制作的零件成本不及模具的1/10；2010年，利用激光直接制造C919达中央翼根肋，传统锻件毛坯重达1607千克，而利用激光成形技术制造的精坯重量仅为136千克，节省了91.5%的材料，并且经过性能测试，其性能比传统锻件还要好。

　　这一系列成功的应用，实现了王华明教授让“近净成形”结构件飞上蓝天的梦想。

　　谈及大型钛合金结构件激光直接制造技术的发展前景，王华明既不失客观，又充满信心。他认为，目前制约大型钛合金结构件激光直接制造技术进一步发展的主要问题，仍然是激光成形过程“内应力控制及零件变形开裂预防”、“内部质量保障及力学性能控制”、“技术标准体系”等瓶颈难题，这些难题的存在一方面是由于该技术发展时间还不长，各方面研究工作仍处于探索阶段；另一方面，则是对于该技术关键性基础问题的研究和把握不够，包括，大型金属构件激光快速成形过程内应力演化行为规律、内部组织形成规律和内部缺陷形成机理等。

　　只有夯实基础，才能稳步前进；惟有厘清大型钛合金结构件激光成形技术的内部机理，才能让“近净成形”结构件飞得更高！

　　下一篇：中国3D打印产发展成熟有一款战机应用3D技术

　　最近3D打印技术的话题非常热，不少媒体上的文章高度赞扬中国3D打印产业取得的成就，说中国在3D打印技术领域已经超越了美国，成为中国军工产业的杀手锏。这样的文章使得很多爱国军迷激情澎湃，振臂高呼，似乎我们已经找到了克制美帝的法宝。但冷静下来看一看，一些写文章的人对3D打印技术知之不多，所以见解就难免偏颇，很多读文章的人更是不求甚解，跟着起哄，真正冷静思考的人却比较有限，这和资本市场里爆炒3D概念股的情形有点类似，但凡和3D打印沾边的股票，不管三七二十一先把价格炒起来，追求很高的市梦率，至于这家公司是否有支撑业务发展的底蕴先甭管，炒高之后让那些后知后觉者高位接棒吧。

　　国人了解到3D打印技术在军工产业上的运用，大概源于2012年中国航空工业的井喷式发展。在2012年前后，中国的第四代战斗机歼-20和歼-31的概念机和国产舰载机歼-15集中亮相，这种突飞猛进式的进步让中国人惊喜得都回不过神来。后来我们才从歼-15总设计师那里得知：在国产新型战斗机上面采用了3D打印技术，使产品的设计和研制周期大大缩短，于是才有了后来让世人瞠目结舌的惊艳亮相。

　　我国的3D立体打印技术研究起步并不算晚，大致在1999年，即美国解密其3D激光打印研发计划之后三年多，中国就开始了相关的研发。大体上讲，中国起步的时间比美国晚了十五年，但进步非常显著，在某些领域的确超越了美国。那么我们到底在哪方面处于世界领先的水平？具体地说，就是大尺度的钛合金和高强度钢构件的立体打印技术，这个非常了不起。中国目前能完成长度在4米这个量级、平面面积12平方米的钛合金构件的立体打印，这个尺寸正好是新型战斗机主承力构架的尺度，从设计到打印成型实现了流程化作业，大大缩短了研制生产周期，减少了焊接拼装程序，尤其是不会再出现钛金属可怕的焊接腐蚀，不仅加工精度满足要求，材料的强度、韧度、抗疲劳性能也完全符合设计要求，还大大节省了钛合金材料。

　　要知道美国目前F35的主承力构架还是要靠几万吨级的水压机压制成型，然后还要进行切割削制、打磨，不仅制作周期长，而且浪费了大量的原材料，大概70%左右的钛合金在加工过程中作为边角废料损耗了，将来在构件组装时还要消耗额外的连接材料，导致最终成型的构件比3D打印出来的构件重将近30%。这种传统的加工工艺还有一个致命的缺点：就是加工周期较长，通常认为其耗时大概是3D立体打印的十倍。

　　其实美国空军早就认识到3D 立体打印技术的优越性，在上世纪八十年代末就启动了相关的研究课题，但是由于始终无法解决在制作过程中钛合金变形、断裂的技术难题，大尺度构件的材料性能始终无法达标，所以时至今日美国也无法靠3D打印技术制造大尺度的航空器构件，只能进行小尺寸钛合金部件的打印或进行钛合金零件表面修复。美国专门从事这项业务研发的公司Aeromet也因长期无法突破而丧失价值，于2005年倒闭。

　　中国这方面采取了集中突破的策略，将该项目列入国家863和973计划，组织多个科研院所和大专院校参与研制，成功解决了钛合金和M100钢高温熔融后金属再结晶的材料特性问题，遂使我国站在了这个子项目的国际前沿，这个项目的技术内核绝对属于国家高等机密，因为时至今日美国仍没有达到能靠立体打印制造如此大尺度构件的水平。话说回来，这也是时事所逼，我兔在大吨位的液压成型技术方面自身有缺陷，制造周期长不说，生产出的构件在精度方面也不尽如人意，严重制约了高端军工产业的发展。要不是这个因素限制，我们搞这项科研的动力就不会这么大。

　　3D打印技术真正能够实现产业化，将成为21世纪的又一次产业革命。该技术立足于计算机技术，对传统产业的铸模、翻制、锻造、切割加工等工序实现了一体化的集成。目前，欧美国家在3D打印领域里仍然是处于优势的，在珠宝、工艺品、建筑辅助设计、汽车制造、精密机械、生物工程、医学等领域，3D打印技术已经开始越来越多地投入应用。美国奥黑政府最近拨款3000万美元，计划成立美国国家级3D打印添加剂工业研究中心，并声称要加大投入发展3D打印产业，重新振兴美国制造业。

　　冷静地审视我国3D打印行业，形势并非某些文章讲的那么乐观。目前我国从事3D打印研发的企业和科研院所，加起来不过二三十家，综合实力也都不怎么强。除了钛合金大尺度构件我们傲视群雄之外，其他领域还真没有什么可自豪的。我国在传统的精密机械、重型机械制造方面因为材料和加工工艺等问题，制造出的产品质量别说比不上德日，甚至有些还不如韩国、西班牙之类的国家，这是急需利用3D打印技术追赶与突破的方面。而3D打印只是解决了快速成型问题，而材料本身的特性则是需要攻关解决的。

　　要想在3D打印方面继续取得进展，就急需解决如下问题：

　　1、3D打印的材料问题。目前可以广泛应用的3D打印产品，集中在饰品、模具模型、个性化家居产品以及汽车飞机的小尺寸零件上，使用的材料无非是树脂、塑料、普通金属粉末等。这个产业要向高端发展，就必须突破性能要求非常高的合金材料、高分子复合材料这一关，这涉及的材料种类达几百种甚至更多，只有这样，3D打印技术才能进入航空航天、人工智能、大型复杂机械和生物医疗领域。目前掌握最多3D打印材料技术的国家是以色列，以色列的Objet公司据称目前掌握着多达十几种不同性能的打印材料，为3D打印向多个领域里扩展提供了实施平台。我国要想在3D打印领域再进一步，加强材料方面的研究势在必行。

　　2、3D打印的能量源问题。目前3D打印采用的能量源是激光，但其生产效率还有待提高，尤其是在加工大尺寸、熔点较高的金属制品时更是如此。最近美国 Sciaky公司声称找到了更好的能量源——电子束，利用功率强大的电子束枪，可以使打印效率成倍地翻。这个也很重要，一个产业能否大范围推广，其能耗和能源产出比是非常关键的指标。迄今还没有听说中国在3D打印的能量源方面有何进展，但对于准备在该产业上放手一搏而自身能源又不是非常充裕的中国来讲，这一点绝对不容忽视。

　　3、3D打印设备的优化问题。这一方面涉及到产业的经济性，对于量产产品来讲成本问题非常重要；另一方面是技术上的先进性，如果3D打印的精度能够接近纳米级（目前大约是0.1毫米级），将极大地拓展该产业的应用范围，并能带来很多革命性的成果。前几年在广告里吹得沸沸扬扬的纳米技术将真的有可能实现；而目前打印大型精密构件的立体打印机还显得过于笨重，利用于宇航产业（尤其是随火箭升空的）的太空打印修复技术还只停留在设想阶段，对机器本身的优化还有很多事情要做。

　　我国的3D打印产业，目前大多是停留在实验室中，少量的走向了市场，极尖端的东东应用到了军工产业之上。要想真正把这个产业做大做强，一是要加大研发力度，在技术上更进一步，二是要避免民间资本一拥而上，搞太多的同质化但技术并不先进的3D打印项目，前些年的光伏产业的教训不能遗忘啊。

　　综上，3D打印产业其实仅仅处于起步阶段，很多技术难题还没有攻克，但我们已经看到了新产业革命的曙光。中国在这个产业里不算落后（但也绝对算不上先进），应该认清自己的处境，埋下头来苦练内功，力争在材料、能量源和设备技术优化方面再取得进展，实现对欧美国家的全面超越。当然，如果能加强和以色列的技术合作那就更好了。在发展3D 打印产业方面，政府的引导作用非常大。我担心的倒不是中国这个产业缺乏投资而发展迟缓，反而是各种热钱一拥而上搞大跃进，最后造成初级产品产能过剩，浪费了大量资本，而亟待发展的高端研究却踏步不前。

　　下一篇：统治未来！我3D打印技术全面超越美最高水平

　　歼-15、歼-16、歼-20、歼-31……近年来，中国军事科技突飞猛进，以先进战机为代表的各种尖端武器密集亮相，让世界看花了眼。近日，在全国两会上，全国政协委员、歼-15总设计师孙聪透露了中国军工迅速发展的秘密——领先世界的3D打印技术。这项被英国《经济学人》认为“将推动实现第三次工业革命”的技术，早已引发美国、欧洲诸国的激烈鏖战，“战火”从太空一直蔓延到器官移植，从F-35、F-22等先进武器“烧”到每个人的日常用品，现在中国竟后来居上，让美欧大吃一惊！.....

　　一些分析人士称，中国可能已经在歼-20和歼-31两种隐身战斗机上采用了超大尺寸激光增材钛合金构件，其体积可能已经超过了美国激光增材技术的最高水平。目前，中国已具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家。（小图为美国F-22战机的钛合金整体式承力框，它曾经是世界上最大的一体式钛合金构件）

　　全国两会上汇集着中国最耀眼的各路“明星”，这当然包括全国政协委员、中航工业副总工程师、中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪。2012年11月，歼-15舰载机在中国首艘航母“辽宁舰”成功起降，让这位科技明星成了记者追逐的对象。“对不起，对不起，这些真不能说”，面对记者提出的几个有关舰载机的问题，担心一开口就说出秘密的孙聪始终微笑着守口如瓶，但还是在不死心的记者“逼问”下，透露了不少“秘密”。

　　“我想说的是，2012年是我国中航工业和我国航空工业井喷之年。让世界震惊的不光是技术，更因为航空工业发展体现了中国速度”，面对《科技日报》的专访，孙聪说。作为我国自行设计研制的首型舰载多用途战斗机，歼-15可以说“高起点，高起步，从一无所有一下子跨越到第三代战斗机的舰载机，歼-15达到美国最先进的第三代舰载机‘大黄蜂’的技术水准。”（图为歼-15战斗机，据称它可能已经使用了3D打印技术）

　　从没有技术储备、技术规范、经验、人才队伍的一张白纸做起，歼-15如何实现这一飞跃？孙聪透露，歼-15项目率先采用了数字化协同设计理念：三维数字化设计改变了设计流程，提高了试制效率；五级成熟度管理模式，冲破设计和制造的组织壁垒，而这与3D打印技术关系紧密。他透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已应用于新机试制过程，主要是主承力部分。

　　在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技术，歼-15战斗机至今能否首飞都很难讲。

　　“钛合金3D打印技术已用于新机研制”，这一条消息立刻成为媒体瞩目的焦点。《京华时报》引述孙聪的话说，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。报道称，于2012年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。“2002年，3D打印技术刚萌芽时，我们就进行相关技术研发，通过与北航的合作，目前已具备一定产业能力。”

　　同时担任“鹘鹰”飞机(歼-31)总设计师的孙聪透露另一个好消息，希望“鹘鹰”飞机未来和歼-20进行高低任务搭配，保持持续打击能力，同时也希望“鹘鹰”的改进版能成为中国下一代舰载机。相信在3D打印技术的支持下，这一天也会很快到来。

　　传统数控制造主要是“去除型”，即在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品，而3D打印则颠覆了这一观念，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过一层层增加材料的方法直接造出任何形状的物体，这不仅缩短产品研制周期、简化产品的制造程序，提高效率，而且大打降低了成本，因此被称为“增材制造”。（图为F-15战斗机钛合金整体框的水压机成形模具）

　　用3D打印技术制造战机，中国并不是第一家。1984年，美国开发出从数字数据打印出3D物体的技术，并在2年后开发出第一台商业3D打印机。之所以叫“打印机”，是因为它借鉴了打印机的喷墨技术，只不过，普通的打印机是在纸上喷一层墨粉，形成二维(2D)文字或图形，而3D打印则能“打”出三维的立体实物来。

　　以一个手电筒为例，3D打印机能通过电脑将手电筒进行立体扫描，创建三维设计图，之后对这个立体原型进行“切片”，分成一层一层的，之后，打印机就将原材料按照设计图一层一层地“喷”上去，直到最终造出一个手电筒来，只不过3D打印机喷出的不是墨粉，而是融化的树脂、金属或者陶瓷等材料。

　　美国空军一下子就被这种新技术吸引，他们认为，如果将这种技术用在武器制造上，产生的威力将是惊人的。在航空工业上广泛被使用的一种金属是钛，它的密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金，如果通过激光将钛熔化并一层层喷出飞机来，无疑将大大提高美国战机的制造速度。为此，1985年，在五角大楼主导下，美国秘密开始了钛合金激光成形技术研究，1992年这项技术才公之于众。

　　不过，由于在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年，美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，没能实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题，只能进行小尺寸钛合金部件的打印或进行钛合金零件表面修复。（图为美国Aeromet公司生产的F/A-18E战斗机的激光增材超大尺寸整体框，因强度问题在试验中测试失败）

　　我国于1999年开始金属零件的激光快速成形技术研究，在国家“863”、“973”计划、国家自然科学基金重点项目等的大力支持下，集中开展了镍基高温合金及多种钛合金的成形研究，形成了多套具有工业化示范水平的激光快速成形系统和装备；掌握了金属零件激光快速成形的关键工艺及组织性能控制方法，所成形的TC4、TA15、TA12等钛合金及Inconel 718合金的力学性能均达到或超过锻件的水平，为该技术在上述材料零件的直接制造方面奠定了基础。

　　近年来，我国在飞机钛合金大型整体结构件的激光快速成形方面取得了重要突破，有效解决了激光快速成形钛合金大型整体结构件的变形开裂及内部质量控制两大技术难题，通过对钛合金零件凝固组织的有效控制，所成形的飞机钛合金结构件的综合力学性能达到或超过钛合金模锻件，已通过装机评审并得到应用。

　　中国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年后才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习阶段，不过却后来居上，其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。“观察者网”文章表示，早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。（图为F-35的钛合金整体框，目前美国仍然只能使用水压机来进行这种构件的生产）

　　目前，中国已具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家。在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空力量的一项独特优势，目前，中国先进战机上的钛合金构件所占比例已超过20%。

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