3D打印助推歼-15战机研发

　　大到飞机、汽车，小到手枪、巧克力，统统都可以“打印”出来。3D打印，这项被誉为“将带来第三次工业革命”的数字化制造技术，似乎近两年才走入国内民众的视野。事实上，早在上世纪90年代，中国高校和科研机构就已经开始了3D打印技术的研究，如今部分科研成果已处于世界领先水平。

　　在工业领域，3D打印虽然不再是新生事物，但是在民用领域，3D打印才刚刚起步，要走的路还很长。

　　体验

　　3D打印轻松造雕像

　　这很难称得上是一台人们印象中的打印机。这是一个庞然大物，有一人多高，像一个超大号的冰箱，里面的机器手在不停地挥动，像画画一样“描绘”下面的一块物体。

　　在中国首家3D打印体验馆——上拓3D体验馆——旁边的几个设备间内，记者看到了正在制作成品的各种3D打印机。其中一台机器的学名是“FDM快速成型机”，工艺原理是“熔融挤压堆积成型”。而在3D打印体验馆内，摆放着一台老式台式电脑屏幕大小、方头方脑的机器——这台家用3D打印机看起来就小巧多了。对比两种机器的打印成品，家用3D打印机的成品无论是在精度还是材质上，都比工业用成品要粗糙。

　　这间3D打印体验馆并不大，只有一间屋子。除了家用3D打印机，还有一把椅子和看起来像照相馆的设备。据介绍，这是用来做3D照相的地方。这家3D打印体验馆也叫3D照相馆，是继日本之后开办的全球第二家3D照相馆。馆内还摆着3D照相的成品和一些用3D打印制作的个性创意小成品，比如链状手机壳、镂空花瓶、富有创意的戒指、3D游戏里的动漫形象、卡通真人玩偶等。

　　在上拓3D体验馆，来参观的人并不多，但是来“考察”和“询价”的人不少。有的人想购买3D打印机，不停地询问打印机的各种使用方法；有的人想要“打印”一个3D产品模型，向有关人员询问价钱；有人希望成为网络加盟商，利用3D打印技术“赚钱”……

　　发展

　　距普通民众还有距离

　　虽然3D打印还未普及，但是在网上商店已经可以轻松买到3D打印机。

　　在一家从事个人桌面化3D打印机的香港企业网店里，其出售的打印机价格在3000元至5000元不等，其技术总监高萌介绍，从2008年开始关注这个行业，目前网店一个月销量50至60台，其中近80%销往国外。“可能因为中国的产品更便宜。”除了整体机，网店机器的配件和材料，月销量在百余件以上。高萌介绍，购买人群主要是动漫、机械设计、珠宝加工、医疗、考古等领域的专业人士。

　　不过，总体来说，大部分网店的店主都认为“目前3D打印机离普通民众还是有一定距离”。他们认为，除了成本因素，相比国外，中国公众缺乏一种自己动手摸索的意识。

　　据了解，3D打印机有原型机，软件和硬件各种资源都是免费和开源的。也就是说，谁都可以去它的网站下载设计资料，包括电路与机械部分，还有软件的源代码。还有一些国外品牌的前几代产品，都是开源的。通过这些开源的数据和资料，每个人都能组装出自己的3D打印机。

　　中国虽然研究起步较早，但产业化水平不高。如今，有一些网店还卖DIY套件，供买家自己动手组装3D打印机。店主说，主要还是想传播一种理念。

　　应用

　　价格昂贵民用受阻

　　据了解，上拓3D体验馆的经营团队做3D打印已经有10年，主营业务曾经是工业领域，在去年投资建设了“叁迪网”，开辟民用3D打印领域。

　　“叁迪网”营销总监邵漠宇对新京报记者表示，国内大部分3D打印的应用都在工业领域，面向普通大众的应用份额几乎可以忽略不计。目前在中国，民用3D打印方面谈不上竞争，因为市场还没真正开始。

　　“中国民用3D打印市场潜力巨大，但是没开发出来，最大的问题是成本高。”邵漠宇说，“比如做一个13厘米高的3D人像，要花费1500块钱。目前来说，还是3D人像最受欢迎。”

　　邵漠宇表示，在民用领域推广3D打印技术并不容易。在工业领域，计算一下成本和时间周期，3D打印与传统工艺比较优势很明显，企业就会比较容易接受。比如，做一个手机壳的研发，按照传统工艺，设计阶段要开模，做样品，周期可能要三五个月，慢的半年、一年，制作成本也很高。如果用3D打印技术，可能10个小时就打出来一个。然后验证这个样品的设计、装配哪里不合适，然后可以在电脑里修改，很快再打印出一个。时间周期和成本大大节省，关键是新产品上市速度大大提高。

　　邵漠宇说，“但是，3D照相和个性化定制，对普通消费者来说成本还是有点高，而且人们会觉得可有可无，很难快速普及，目前基本上没有利润，市场需要有一个培育的过程。”

　　应用

　　歼-15应用3D打印

　　虽然在民用领域3D打印才刚刚起步，但在中国的工业和科技领域，3D打印技术早就不是新鲜名词了。近期的国际技术进出口交易会、国际文化产业博览会、科技活动周科普展览上，3D打印机都是参展方和观众的宠儿。

　　今年年初，科技部表示，正在制定3D打印的相关战略规划。歼-15总设计师孙聪3月份透露称，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制。其中，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。

　　据《中国航空报》近日报道，中航工业西飞成功将3D打印技术用于中国民机制造，应用于C919大型客机、ARJ21新支线飞机、MA系列飞机等十余个型号的精密熔模铸造生产。

　　前景

　　进军大众消费领域

　　综合来看，中国3D打印技术发展水平与国外仍有差距。

　　中国科学院院士卢秉恒曾表示，目前我国在3D打印产业发展距离美国仍有很大差距，比如没有形成产业链、工业环境不配套等。此外，在一些核心技术和关键器件上，如3D打印机中的激光器，也仍然对国外依赖较大。目前我国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具的制造上。

　　有数据显示，国外有40%-50%的3D打印产品是直接做终端产品样机，而国内基本上还是停留在功能性测试、研发阶段来用这个技术，制约了中国3D技术应用产业的发展。从设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。

　　对于具体的发展方向，卢秉恒今年2月份对媒体表示，军用和工业的高端领域，以及创意开发等大众消费领域，都应该大力去发展。中国是制造大国，制造能力过剩，但设计研发能力不足。而3D打印技术正是辅助和加速设计与研发的手段。我们应该高度重视这一技术，投入科研和其他力量，并大力推广，这样才能真正使我们国家变成制造强国。

　　同时，卢秉恒也认为，中国对3D打印应该采取理性的态度。“我们应对3D打印有一个正确的定位和认识。3D打印技术在生产制造中所占的比例正在上升，但对传统制造业更多是补充而非颠覆。”

　　B06-B07版采写/新京报记者 储信艳 邓琦 韩旭阳 郭少峰

　　■ 个案

　　零件自己“生长”超越3D打印

　　在北京航空航天大学校园北门附近，有一个约1000平方米的小院子。这个白天不起眼的小院，晚上却常年彻夜灯火通明，里面一直做着一种代表3D打印发展方向之一的先进制造技术的研究和应用。他们生产出了我国飞机装备中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金等高性能整体关键构件，并在我国大型飞机等多型飞机研制和生产中得到实际应用。

　　成果 3D打印飞机部件

　　这个小院子是北航“先进材料激光制备与成形”实验室。在这里，北航材料学院教授王华明带领他的创新团队，围绕大飞机等国家重大专项及重大装备制造业发展的战略需求进行科研攻关。

　　在2012年度国家科技奖励大会上，王华明团队的成果荣获国家技术发明一等奖。我国也因此成为目前世界上唯一突破飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术、并实现装机应用的国家。

　　作为团队的主要成员，高级实验师张凌云从2000年开始，就一直随王华明研究激光直接制造技术。他透露，直接做能用的零件，一开始只是有这个设想。从最初的想法到最终的实现，经历了近二十年的研究。“第一次成功，是把粉末激光熔化堆积成了致密的板材，形象地说就是把‘面粉’变成了‘面皮’，之后，团队开始利用激光一层一层地往上长、制造三维零件。”张凌云说。

　　2003年，团队用激光快速成形做出了钛合金的飞机角盒。张凌云说，当把这个角盒做出来，能装机的时候，这项技术已经有了非常牢固的基础，也对后来更大的零件、更广泛的使用做了好的铺垫，今后的目标就聚焦到大型复杂整体难加工高性能金属构件上了。

　　原理 激光引导金属粉末生长

　　利用一束高能量激光在计算机控制下有规则地运动，对同步输送的金属粉末进行逐层熔化堆积，就可以快速“生长制造”出飞机上的钛合金、超高强钢等大型复杂关键零件，听起来很神奇。

　　这种技术的原理，就是逐层堆积制造三维结构，但是在使用材料和应用领域方面，都超越了目前流行的3D打印。它“打印”出来的，不是尼龙、树脂、石蜡等非金属材料小尺寸模型样品，而是可以直接应用于飞机等重大装备制造的、钛合金等高性能难加工、大型整体关键金属构件。“在电脑中编制好零件的数模，零件什么样，激光就如同笔在写字一样，按照零件在走。”张凌云解释说。

　　之前，飞机钛合金大型关键构件的传统制造方法是锻造和机械加工。也就是说，首先要熔铸大型钛合金铸锭、锻造制坯、加工大型锻造模具，然后再用万吨级水压机等大型锻造设备来锻造出零件毛坯，最后再对毛坯零件进行大量机械加工。

　　“锻造跟揉面一样，你如果揉不透，里面会有疙瘩，也就是缺陷。”张凌云说，激光成形的优势在于，解决了现有锻造中可能完成不了的任务，而且成形的复杂程度可能比锻造高。

　　应用 高性能金属零件能打印

　　传统加工方式是在对材料做“减法”，材料利用率不足10%，也就是说不仅90％以上的昂贵钛合金材料都被切削、浪费掉了，而且钛合金切削加工性很差，刀具及加工费用也很大。

　　既然做减法的制造方式耗时费力，王华明的创新团队则致力于一种做“加法”的高性能金属零件制造方式。即通过计算机控制，用激光将合金粉末熔化并逐层堆积增加材料（增材），直接根据零件CAD模型，一步完成大型复杂高性能金属零部件的“近终成形”制造。这种高性能、低成本、短周期则正好弥补了传统制造方法的不足，而且使得很多传统方法不能做出的构件成为了可能。

　　金属部件“生长”技术还有很多不完善的地方，“未来我们想把这项技术做得更完善更成熟，应用到更多领域。”张凌云说。