神奇的3D打印，除了可以打印出假牙、手槍、玩具、人體器官外，如今還能打印出飛機鈦合金起落架、主承力框等大型關鍵構件。北京航空航天大學激光3D打印技術研究團隊最近制作的多型鈦合金復雜大型構件，被證明能在衛星和火箭上使用。
3D打印，學名叫“增材制造”，是一種先進的數字制造技術。它以金屬粉、陶瓷粉、塑料等作為“墨水”，可在計算機自動控制下，根據三維數字模型，通過粉末熔化燒結或融絲擠出等方式逐層堆積打印材料，直接制造出三維復雜產品。
直接制造重大裝備的“高性能大型金屬構件”是3D打印技術未來的發展方向。北航王華明教授帶領的團隊，在這一領域已攻關近20年。他們研究出國際領先的“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”，使我國成為目前世界上唯一突破飛機鈦合金大型主承力結構件激光增材制造技術并實現裝機工程應用的國家，該項成果榮獲2012年度國家技術發明一等獎。
鈦合金大型整體構件是飛機的重要組成部分，采用傳統方法制作這樣的產品是做“減法”：首先要制作大型鍛造模具，然后用壓力達幾萬噸的水壓機進行毛坯鍛造，最后對毛坯進行大量切削加工，90%以上的材料都要被切削浪費掉，制造工期長，成本也高。
王華明團隊發明的技術則是做“加法”：通過計算機自動控制，在自主研發的大型金屬構件“3D打印機”中，高功率激光束將同步輸送的合金粉末逐層熔化堆積，就可直接“生長”出大型復雜高性能金屬構件。王華明打了一個比喻，這項技術猶如“生長術”，只需要按照一定路線一層一層地添加材料，就能“生長”出任意復雜形狀的零件，時間很短，而且不用制造模具，更加節省材料。
我國自主研發的大型客機C919機頭工程樣機的鈦合金主風擋整體窗框，就是王華明團隊采用3D打印技術生產的，只花了55天，零件成本不足20萬美元。若是拿到歐洲去生產，光是鍛造模具費就要200萬美元，而且交貨期長達兩年！
北航激光增材制造技術團隊成員湯海波透露，高性能大型金屬構件激光成形技術難度很高，因為零件尺寸越大，打印過程零件變形開裂傾向越大。為此，北航團隊發明了一系列3D打印新工藝及相關軟件，有效克服了金屬材料變形、翹曲、開裂等問題。用激光打印時，若每層之間熔合不牢或存在缺陷，將嚴重影響打印產品的質量和性能，北航團隊找到一系列技術訣竅，能主動控制打印構件的內部質量和性能。此外，經高能激光熔化的液態金屬溫度高達幾千攝氏度，周圍需要無氧、無氮等特定的氣體環境。傳統的做法是建一間超大的真空室，把機床、打印機等全部放進去。而北航研究人員發明了全新的裝備技術，僅僅把成形的部分放在真空環境，只需與零件差不多大小的箱子模樣的成形保護室，就能有效解決氣體環境問題，設備維護便捷且造價低廉。
未來幾年，北京市將著力打造世界領先的高性能金屬構件激光增材制造產業鏈企業集群，主要面向航空、航天、航海以及電力等高端裝備制造業，持續開展鈦合金、高強鋼、鋁合金等高性能大型關鍵金屬構件激光增材制造關鍵技術研究，為提升我國重大工業裝備制造業水平提供技術支撐。在市科委的支持下，北航的研究團隊計劃與相關企業合作，組建激光增材制造產業創新團隊，加入該產業鏈。
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