十年內(nèi)中國軍事裝備在3D打印鈦合金框架等方面將重點突破
2015年，國務院針對中國“與發(fā)達國家相比，我國制造業(yè)創(chuàng)新能力、整體素質(zhì)和競爭力仍有明顯差距，大而不強”的現(xiàn)狀；制訂了國內(nèi)第一個制造強國戰(zhàn)略的十年行動綱領，以指引我國“實現(xiàn)從制造大國向制造強國的轉變。”
就在上個月，國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布了《中國制造 2025》重點領域技術路線圖（為行文方便，以下簡稱“綠皮書”），披露了未來十年內(nèi)我國制造業(yè)的規(guī)劃方向；其中就涵括了大量軍事裝備方面的重點發(fā)展突破方向，而基礎材料工藝和航空發(fā)動機領域，就是重中之重。
一：未來十年，中國大量核心材料和工藝將從無到有，從弱到強
優(yōu)秀的材料，是高性能、長壽命裝備的基礎，但和西方強國相比，我國在這一方面仍然比較薄弱。綠皮書中指出，目前國內(nèi)“國民經(jīng)濟需求的百余種關鍵材料中，約三分之一國內(nèi)完全空白，約一半性能穩(wěn)定性較差，部分產(chǎn)品受到國外嚴密控制”。而未來的十年間，我國將以極大的力量突破這些關鍵的戰(zhàn)略性材料和相關的工藝、設備，力爭在2025年實現(xiàn)85%的產(chǎn)品自主供應。
圖：目前我國高級鈦合金3D打印件使用的鈦合金粉末原料，非常依賴于進口產(chǎn)品；主要原因是在于制備技術難度較大，國內(nèi)尚未完全掌握
比如這兩年，我國新材料工藝中宣傳報道最火、最熱門的鈦合金3D打印技術；實際上它目前并不成熟，存在兩個方面的問題。首先是作為原材料的鈦合金粉末，我國目前對它的制造技術掌握的很不夠，現(xiàn)階段非常依賴進口而且獲得的數(shù)量有限。在這一方面，我國力爭在2020年開始形成具備自主知識產(chǎn)權的先進鈦合金打印粉末制備技術，并形成200噸級別的產(chǎn)能；在2025年要達到600噸產(chǎn)能，并實現(xiàn)80%的產(chǎn)品自主供應。
圖：3D打印對產(chǎn)品的外形限制極為寬松，這方面的能力是傳統(tǒng)加工技術無法企及的。但是就像任何一門新興技術一樣，目前它工作原理所帶來的很多性能缺陷如何處理，還令人極為頭痛。
另一方面，鈦合金3D打印的技術原理，其實是堆上一層層的鈦合金粉末，用高功率的激光將其融化、凝固，不斷累積出設計時的尺寸和形狀。但是在目前來說，這個過程中急劇加熱冷卻帶來的快速膨脹收縮，都使最終的部件里存在大量的微觀組織錯位缺陷和很高的殘余應力；實際強度和鍛造工藝產(chǎn)品并不在一個檔次，目前并不能真正用于關鍵承力結構上——比如起落架和機身大框。
圖：鍛造件在性能的的優(yōu)越性，在于它高溫軟化原料以后，用巨大的壓力把內(nèi)部的細小缺陷給壓實、壓沒了，并緩慢冷卻確保內(nèi)部不形成新缺陷、甚至直接開裂——越大和形狀越復雜的鍛件，冷卻必須越慢。
而在未來的十年中，我國將對3D打印的具體機理和設備進行深入的優(yōu)化攻關，力爭在具體工作原理和設備性能上實現(xiàn)脫胎換骨的進步；在2025年，使3D打印的“成形件強度達到鍛件標準，實現(xiàn)航空航天等結構工程化應用”。同時將3D打印的金屬種類也大大擴展，包括鋁合金、甚至是發(fā)動機等部件的高溫合金。
圖：目前我國展出的3D打印鈦合金框架等產(chǎn)品，并不能真正交付工程應用，主要是其展示和宣傳作用。真正實用化，起碼要到2025年以后。
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