中科院传喜讯！中国3D钛合金重大突破，率先应用歼20战机

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文/战海

据新华网报道，日前中国科学院金属研究所团队传来喜讯，成功研发出比疲劳强度打破世界记录的3D打印钛合金材料，解决了传统3D打印钛合金在极端情况下抗疲劳强度不足的问题，据悉，这将大大促进3D打印材料在航空航天领域的应用。

（某型战斗机的主承力框）

说到航空航天，对钛合金强度需求比较高的就是现代化战斗机的主承力框，在战斗机的机身机构里，承力框需要固定发动机，将发动机的强大推力传递到整个机身，因此对强度的要求很高。不仅如此，为了追求更好的气动外形，主承力框的造型都不太规整，为了快速制造这种构型比较复杂而且尺寸大的工件，3D打印已经成为主流，然而3D钛合金打印存在一个“硬伤”，那就是强度不足。

造成“先天不足”的原因正是传统3D打印的工艺造成，由于3D钛合金打印的原理是将钛合金粉末或线材熔化，在定型后重新固化，最终完成构件过程，简单理解就是将钛合金一层一层“加焊”，最终将“焊条”和“焊点”塑造成最终的工件，由于缺乏传统锻压、冲压等过程，钛合金加焊层中会有细微空洞。因此，虽然3D钛合金打印的工件重量轻，制造速度快，但为了避免因为强度不足产生的危险，这些工件的设计寿命往往比较短，避免因为金属疲劳造成工件损坏，造成飞行安全问题。

（歼-20作为中国最先进的现役战机，融合大量先进科技）

而经过了中国科学院团队的研究，发现在钛合金 3D打印过程中在高温段有一个窗口可以让钛合金的“打印增材”更细化，有效抑制工件上的气孔和缝隙，这加强了钛合金工件的强度，具备强大的抗金属疲劳强度。

解决这一问题，对航空制造非常关键，不止歼-20会使用3D钛合金工件，现在的主流飞机都有大量的3D钛合金构件。以F-22战斗机为例，这个开发于上世纪90年代的产品，其中钛合金占比就达到了41%。而F-35采用的钛合金3D打印部件虽然占比下降到了19%左右，但单一构件的尺寸更大，导致这一情况的原因就是技术的大幅进步，钛合金3D打印可以制造更大的工件，但工件越大，强度问题就越突出，这也是F-35钛合金用量减少的原因之一。

（钛合金3D打印的歼-20骨架）

再回到国内的歼-20战斗机，尽管歼-20战机的钛合金比例不明，但此前航展上就曾展出过歼-20主承力框的3D钛金属打印构件，而新技术已经在歼-20战机上率先应用，助力歼-20性能进一步提升。而主承力框可以说是战机上最大的单体3D构件，连主承力框都是3D钛合金打印的，那么其他的框架钛合金占比自然不会少。

在获得此次中国科学院研发成果的加持后，包括歼-20在内的国内先进战机的3D钛合金构件数量只会更多，构件也会越来越大。钛合金不但轻，如今强度问题也已经解决，对国产战机性能的提升非常有重要。而且国家能够将这种技术公开，不难推测，很可能更先进的材料技术已经应用在了新一代战机上。