2013年5月24日，在第十六屆中國北京國際科技產業博覽會上，中航重機控股子公司中航激光所屬研發團隊展示了獲得2012年度“國家技術發明獎一等獎”的飛機鈦合金大型整體關鍵構件激光成形技術?！?/p>
據參與該項研究的北京航空航天大學材料加工工程的人員稱，北京航空航天大學已與中航工業集團成立中航激光公司，以對該項技術成果實現產業化。在這次展會上，還首次公開展示了某型戰機的大型鈦合金零件。飛機鈦合金大型整體關鍵構件激光成形技術是“3D打印技術”的高端發展形勢，是一項“變革性”的短周期、低成本、數字化先進制造技術。該項目在國際上首次突破了飛機鈦合金大型整體主承力結構件激光成型工藝、力學性能控制、工程化成套設備、技術標準。已經用激光直接制造30多種鈦合金燈大型復雜關鍵金屬零件在大型運輸機、艦載機、C919大型客機、殲擊機等7型飛機中裝機應用，解決型號研制“瓶頸”，使中國成為迄今世界上唯一掌握高性能大型金屬零件激光直接制造技術并實現工程應用的國家。
2013年1月18日，國務院向“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”頒發國家技術發明獎一等獎。目前，這一技術在我國已經投入工業化制造，使我國成為繼美國之后、世界上第二個掌握飛機鈦合金結構件激光快速成形及技術的國家。（圖為國內公開刊物《航空制造技術》雜志所刊登的某型飛機后機身部件結構示意圖，一些觀察人士稱，這顯示殲-31戰機至少有4個激光成型“眼鏡式”鈦合金主承力構件加強框。）
更加令人欣喜的是，在性能上，根據公開的材料表明，我國已經能夠生產優于美國的激光成形鈦合金構件。成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造且付諸實用的國家。
一些觀察人士稱，這顯示殲-31戰機至少有4個激光成型“眼鏡式”鈦合金主承力構件加強框。
目前，我國已經具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，并投入多個國產航空科研項目的原型和產品制造中。成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造并且裝機工程應用的國家。
節約90%的材料和成本
在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產的鈦合金結構部件迅速成為中國航空研制的一項獨特優勢。由于鈦合金重量輕，強度高，鈦合金構件在航空領域有著廣泛的應用前景。目前，先進戰機上的鈦合金構件所占比例已經超過20%。
傳統的鈦合金零件制造主要依靠鑄造和鍛造。其中鑄造零件易于大尺寸制造，但重量較大且無法加工成精細的形狀。鍛造切削雖然精度較好，美國F-22戰機的主要承力部件便是大型鑄造鈦合金框。但是零件制造浪費嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉，而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格的限制：3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件，即使世界上最大的8萬噸水壓機，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。而且這兩種技術都無法制造復雜的鈦合金構件，而焊接則會遇到可怕的鈦合金腐蝕現象。
激光鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題，由于采用疊加技術，它節約了90%十分昂貴的原材料，加之不需要制造專用的模具，原本相當于材料成本1~2倍的加工費用現在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金復雜結構件，粗略估計，傳統工藝的成本大約是2500萬元，而激光3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右，其成本僅是傳統工藝的5%。
更重要的是，許多復雜結構的鈦合金構建可以通過3D打印的方式一體成型，不僅節省了工時，還大大提高了材料強度。F-22的鈦合金鍛件如果使用中國的3D打印技術制造，在強度相當的情況下，重量最多可以減少40%。
圖為中國鈦合金3D打印機制造的大型承力零件，在航空領域，中國激光鈦合金成形技術已經得到了廣泛的應用。
在中航成飛和沈飛的下一代戰斗機的設計研發中，激光鈦合金成形技術已經得到了廣泛運用。通過這一技術，正在研制的兩型第五代戰斗機殲-20和殲-31采用鈦合金的主體結構，成功降低了飛機的結構重量，提高了戰機的推重比；依托激光鈦合金成形造價低、速度快的特點，沈飛在一年之內連續組裝出殲-15、殲-16、殲-31等多型戰斗機并且進行試飛。
民用航空制造業也開始應用這一技術。目前，在西北工業大學凝固技術國家重點實驗室下設的激光制造工程中心，通過激光立體成型技術為將于2014年投產，并在2016年投入運營的國產客機C919制造了鈦合金翼梁，長度超過5米。
西北工業大學制造的鈦合金承力梁，長度達到5米。
除了制造外，這些部件在出現問題后，也將可以使用同樣的技術進行修復，而無需重新制造，這將可以節省大量用于更換受損部件的費用。#p#分頁標題#e#
憑借激光鈦合金成形技術，中國在航空材料科學領域第一次走在了世界先進水平的前列，并為中國航空工業的發展打下了堅實的基礎。
殲-15、殲-16、殲-20、殲-31……近年來，中國軍事科技突飛猛進，以先進戰機為代表的各種尖端武器密集亮相，讓世界看花了眼。近日，在全國兩會上，全國政協委員、殲-15總設計師孫聰透露了中國軍工迅速發展的秘密——領先世界的3D打印技術。這項被英國《經濟學人》認為“將推動實現第三次工業革命”的技術，早已引發美國、歐洲諸國的激烈鏖戰，“戰火”從太空一直蔓延到器官移植，從F-35、F-22等先進武器“燒”到每個人的日常用品，現在中國竟后來居上，確實讓美歐大吃一驚，一些分析人士稱，中國可能已經在殲-20和殲-31兩種隱身戰斗機上采用了超大尺寸激光增材鈦合金構件，其體積可能已經超過了美國激光增材技術的最高水平。目前，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造、應用的國家。
全國兩會上匯集著中國最耀眼的各路“明星”，這當然包括全國政協委員、中航工業副總工程師、中國航母艦載機殲-15總設計師孫聰。2012年11月，殲-15艦載機在中國首艘航母“遼寧艦”成功起降，讓這位科技明星成了記者追逐的對象。“對不起，對不起，這些真不能說”，面對記者提出的幾個有關艦載機的問題，擔心一開口就說出秘密的孫聰始終微笑著守口如瓶，但還是在不死心的記者“逼問”下，透露了不少“秘密”。
“我想說的是，2012年是我國中航工業和我國航空工業井噴之年。讓世界震驚的不光是技術，更因為航空工業發展體現了中國速度”，面對《科技日報》的專訪，孫聰說。作為我國自行設計研制的首型艦載多用途戰斗機，殲-15可以說“高起點，高起步，從一無所有一下子跨越到第三代戰斗機的艦載機，殲-15達到美國最先進的第三代艦載機‘大黃蜂’的技術水準。”（圖為殲-15戰斗機，據稱它可能已經使用了3D打印技術）
從沒有技術儲備、技術規范、經驗、人才隊伍的一張白紙做起，殲-15如何實現這一飛躍？孫聰透露，殲-15項目率先采用了數字化協同設計理念：三維數字化設計改變了設計流程，提高了試制效率；五級成熟度管理模式，沖破設計和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術關系緊密。他透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術已應用于新機試制過程，主要是主承力部分。
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。如果不是采用3D打印的增材制造技術，殲-15戰斗機至今能否首飛都很難講。
“鈦合金3D打印技術已用于新機研制”，這一條消息立刻成為媒體矚目的焦點?！毒┤A時報》引述孫聰的話說，鈦合金和M100鋼的3D打印技術已廣泛用于新機設計試制過程。報道稱，于2012年10月至11月首飛成功的機型，廣泛使用了3D打印技術制造鈦合金主承力部分，包括整個前起落架。“2002年，3D打印技術剛萌芽時，我們就進行相關技術研發，通過與北航的合作，目前已具備一定產業能力。”
（圖為F-15戰斗機鈦合金整體框的水壓機成形模具）
傳統數控制造主要是“去除型”，即在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產品，而3D打印則顛覆了這一觀念，無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據，通過一層層增加材料的方法直接造出任何形狀的物體，這不僅縮短產品研制周期、簡化產品的制造程序，提高效率，而且大打降低了成本，因此被稱為“增材制造”。
用3D打印技術制造戰機，中國并不是第一家。1984年，美國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打印機。之所以叫“打印機”，是因為它借鑒了打印機的噴墨技術，只不過，普通的打印機是在紙上噴一層墨粉，形成二維(2D)文字或圖形，而3D打印則能“打”出三維的立體實物來。
以一個手電筒為例，3D打印機能通過電腦將手電筒進行立體掃描，創建三維設計圖，之后對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，之后，打印機就將原材料按照設計圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個手電筒來，只不過3D打印機噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。
（小圖為美國F-22戰機的鈦合金整體式承力框，它曾經是世界上最大的一體式鈦合金構件）
美國空軍一下子就被這種新技術吸引，他們認為，如果將這種技術用在武器制造上，產生的威力將是驚人的。在航空工業上廣泛被使用的一種金屬是鈦，它的密度只有鋼鐵的一半，強度卻遠勝于絕大多數合金，如果通過激光將鈦熔化并一層層噴出飛機來，無疑將大大提高美國戰機的制造速度。為此，1985年，在五角大樓主導下，美國秘密開始了鈦合金激光成形技術研究，1992年這項技術才公之于眾。
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（圖為美國Aeromet公司生產的F/A-18E戰斗機的激光增材超大尺寸整體框，因強度問題在試驗中測試失?。?/p>
不過，由于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，沒能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，只能進行小尺寸鈦合金部件的打印或進行鈦合金零件表面修復。
我國于1999年開始金屬零件的激光快速成形技術研究，在國家“863”、“973”計劃、國家自然科學基金重點項目等的大力支持下，集中開展了鎳基高溫合金及多種鈦合金的成形研究，形成了多套具有工業化示范水平的激光快速成形系統和裝備；掌握了金屬零件激光快速成形的關鍵工藝及組織性能控制方法，所成形的TC4、TA15、TA12等鈦合金及Inconel 718合金的力學性能均達到或超過鍛件的水平，為該技術在上述材料零件的直接制造方面奠定了基礎；近年來，我國在飛機鈦合金大型整體結構件的激光快速成形方面取得了重要突破，有效解決了激光快速成形鈦合金大型整體結構件的變形開裂及內部質量控制兩大技術難題，通過對鈦合金零件凝固組織的有效控制，所成形的飛機鈦合金結構件的綜合力學性能達到或超過鈦合金模鍛件，已通過裝機評審并得到應用。
（圖為F-35的鈦合金整體框，目前美國仍然只能使用水壓機來進行這種構件的生產）
中國的鈦合金激光成形技術起步較晚，直到1995年美國解密其研發計劃3年后才開始投入研究。早期基本屬于跟隨美國的學習階段，不過卻后來居上，其中，中航激光技術團隊取得的成就最為顯著。“觀察者網”文章表示，早在2000年前后，中航激光技術團隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發，解決了多項世界技術難題、生產出結構復雜、尺寸達到4米量級、性能滿足主承力結構要求的產品。
目前，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造、應用的國家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產的鈦合金結構部件迅速成為中國航空力量的一項獨特優勢，目前，中國先進戰機上的鈦合金構件所占比例已超過20%。
我國殲-20戰斗機
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