《开讲啦》歼15 总设计师透漏3D打印在一种型材上节省5亿元

2017年4月26日，我国第二艘航空母舰正式下水，标志着我国自主设计建造航空母舰取得重大阶段性成果，而我国首款航母舰载机歼-15再度引起关注。5月27日，由央视《开讲啦》特别策划“壮志凌云，蓝天亮剑”系列节目，歼-15舰载机总设计师孙聪为我们分享战斗机设计背后的故事，3D打印技术在歼15的设计中起到了什么样至关重要的作用。

在演讲中，歼-15舰载机总设计师孙聪院士让人震惊的表示：要做一个钛合金的型材，全飞机加起来只要20公斤，但是光需要拉伸机的投入5亿元，而且之前一个5公斤钛合金航空异型件，就需要100公斤的材料，95公斤都是铁屑扔掉了，浪费率高达惊人的95%。而采用3D打印增材技术，可能只要6公斤，稍微一切削就可以使用了。

“早期的时候，我们有一个项目，要实现材料全部国产，研制一型飞机。其中我们有一个叫钛合金的型材，全机的飞机加在一起就要用二十公斤，就要投资五个亿的拉伸机，才能把这个型材拽出来。当时我们就想两种出路，一种就是不用钛合金，能不能用高强度的，又耐高温，强度又相当的东西来代替。还有一种就是说我们不用这种加工工艺行不行。

在这个时候，北航的王华明老师，现在也是我们工程院的王华明院士，带着一个小核桃，一个3D打印的钛合金小核桃来找我。他说我用激光一点一点地把它加工出来的，激光堆焊出来的。后来我们说那你能不能给我们用这个工艺焊一个钛合金出来。结果他回去用了三个月的时间，就做了这么一段钛合金的小样件。我们经过力学的一个测试，觉得它完全可以代替这个锻铸件的水平。这件事儿，当时我们国家在钛合金3D打印技术上，它是一个启蒙，一个奠基。这种技术对这种异型结构，就不是正规有规律的形状，这种结构做起来是非常简捷的，也非常快速。

王华明教授

另外它是增材制造，也是我们低成本制造的一个方面。过去特别是我们航空的这个结构件儿，一般是一百公斤的材料，抠到最后只有五公斤是有用的，九十五公斤都是铁屑扔掉了。所以说用这个3D打印的增材制造的方式，就是一点点，可能涨到六公斤，稍微一切削就可以来使用了，这也是低成本的一种方式。最后我们的3D打印实际上是获得了国家科技发明的一等奖。”
相信大家对王华明院士都不陌生，据南极熊了解，王华明院士研制的金属构件激光熔化沉积增材制造技术自2005年以来已在歼-15、运-20、歼-11B、歼-31、C919等7种飞机、东风XX等3种导弹、遥感24等2种卫星、FWS13等3种航空发动机和1型燃气轮机等重点型号研制生产中工程应用并发挥关键作用。在歼-15战机上，其前起落架大型整体钛合金支撑框尺寸大，结构复杂，传统方法难以整体成形制造，而利用激光增材制造的钛合金构件目前已经累计飞行起降10000余架次，工作正常。
在运-20研制中，激光增材制造技术在7天内完成6种机身/主起落架接头大型主承力构件的快速制造，确保了飞机如期首飞；成果被确定为飞机“降成本计划”的主要途径，主起落架支柱、翼/身对接框、尾翼悬挂操纵一体接头等8大类、28种大型复杂整体钛合金关键主承力构件通过工程验证考核并陆续安计划装机应用。国产大飞机C919同样运用了3D打印钛合金零件，主要用在飞机主风挡窗框、机翼和机体衔接部位。除此之外，他主持研究的新型特种涂层还应用于某航空发动机矢量喷管高温重载驱动机构，累计试车216小时，无明显磨损，而传统方案试车10余小时最大磨损深度达2mm。
王华明评上院士 都做了哪些3D打印研究？
【熊视频】王华明院士的北京煜鼎增材，２米大金属3D打印件

传统制造方式不仅仅是浪费材料的问题，制造成本更是高得出奇。孙聪院士透露的信息更让人震惊：飞机上用的钛合金型材，全机加起来20公斤，却需要投资5个亿的拉伸机，才能把这个型材拽出来。还好，近年来，在我国新型飞机研制过程中，3D打印低成本制造技术成为了新手段。据孙聪院士介绍，对钛合金异型结构件，就是没有规律和形状的结构件，3D打印技术做起来非常简捷，而且非常快速。

其实在此前的央视采访中，孙聪院士也对3D打印在战斗机上的应用情况进行过具体介绍：在起落架上，之前需要螺钉进行连接的两个或者多个部件，通过3D打印技术可以一次成型；保证足够强度的同时，既减轻了重量，还降低了加工难度。此前需要焊接才能完成的三通管路，通过3D打印技术能够直接制造出一体结构，省去了之前焊接的流程，提高了成品化率。

孙聪院干对于3D打印在新机上的应运，只是举了两个具体的例子，其实，3D打印对飞机结构的减重起着巨大的作用，中国现有的3D打印技术已经可以打印飞机的一些承力框部件、飞机用钛合金、航空发动机重要部件过渡锻等。西北工业大学黄卫东教授带领的金属3D打印创新创业团队，已经可以打印出C919大飞机钛合金结构件，在我国新型战机上的应用自然少不了3D打印技术。随着技术的发展，零件构造越来越复杂，力学性能要求越来越高，重量却要求越来越轻，通过传统工艺很难制造。而3D打印则可以满足这些需求。

据悉，中航集团沈阳所利用国内结构设计新技术、新型结构材料和新工艺将苏-27改进为歼-11B并装备部队，该机实现成吨减重，飞机结构强度和推重比明显提高。这里面，3D打印技术功不可没。

我国空军级试飞员专家李中华，被称为中国大气层内飞行速度最快的人，可是他第一次在舰载机模拟器上着舰也没有成功。孙聪透露，因为陆基飞机和舰载机的飞行策略是不同的，因此，中国的舰载机研发还承担着飞行员的培养工作。这项工作的重要性和难度不亚于飞机研发本身，因为舰载机的起降在空间、速度上有严苛的要求，而且需要跟航母的速度、甲板风的速度结合在一起，完成“精准”的起降，稍有不慎，就会造成无法挽回的后果。孙聪的团队悉心研究了国外舰载机起降失事的事故，从中总结出了一套我们国家自己的训练方法，也正是对飞行员的同步培养工作，使得歼-15的成功着舰令西方人大吃一惊。

                     

回首34年航空军工生涯，更喜欢用平淡而诚挚的表达作演讲的孙聪，精简地提炼了一个“三心二义”的心得。什么是“三心二义”呢？孙聪表示，年轻人想做好一件事，需要有目标坚定的雄心、耐得住寂寞的耐心、以小及大的责任心，更重要的是，要讲“侠义”和“情义”，做一个智商和情商兼具的年轻人。