進(jìn)入21世紀(jì)，一款新的生產(chǎn)模式——計算機(jī)增材制造成為了新的時尚，由于它使用計算機(jī)控制噴頭（或激光燒結(jié)系統(tǒng)）在一個平面工作臺上直接“噴”出目標(biāo)產(chǎn)物，就像用打印機(jī)打印出物品，因此它也得到了一個非常形象的綽號，3d打印技術(shù)。由于3d打印機(jī)門檻有高有低，低端的3d打印機(jī)一般的家庭即可購置，所以就在嗶哩嗶哩上，就有很多的up主是使用3d打印機(jī)來工作的。

在軍用領(lǐng)域使用3d打印技術(shù)也早已成為司空見慣的事情。在中國，殲11b戰(zhàn)斗機(jī)的零件，從2016年起就有很多使用3d打印制作的零件，在殲20飛機(jī)，在殲20飛機(jī)，以及美國的f35飛機(jī)上，都或多或少使用了3d打印成型件。

相比于傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)，增材制造技術(shù)用于生產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)零部件的時候，可以將非常不容易采用傳統(tǒng)機(jī)加工的零部件通過電腦控制的3D打印系統(tǒng)一次性加工完畢，這種增材制造能夠一次性形成復(fù)雜的內(nèi)表面和外表面結(jié)構(gòu)，大幅降低了時間。同時，3d打印往往可以采用六角形填充方式將內(nèi)部填充，以六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)替代固實填充，使得整體的重量比起整體結(jié)構(gòu)更加輕便，同時強(qiáng)度又不至于降低，大量使用該類零部件，可以大幅度降低飛機(jī)的重量。

這些內(nèi)容已經(jīng)被我們廣而所知。然而，3d打印技術(shù)雖然很好，但是也有一些缺點，在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為簡單，并且模具相對容易制造的零件的時候，3d打印生產(chǎn)效率比起一般機(jī)械加工、鑄造成型要低很多;同時由于3D打印技術(shù)在相當(dāng)長一段時間里面，它只是將材料簡單的堆積在一起，缺乏一個緊固和壓縮的過程，所以它的強(qiáng)度比起傳統(tǒng)鍛造還要差一些，所以這導(dǎo)致3d打印技術(shù)，往往只是生產(chǎn)小部分特種部件，大量的零件生產(chǎn)仍然依托于傳統(tǒng)的機(jī)加工技術(shù)。

所以，到底什么領(lǐng)域能夠讓3d打印小批量生產(chǎn)，單件生產(chǎn)，特種形狀零件生產(chǎn)的優(yōu)勢發(fā)揮的淋漓盡致呢？這就該進(jìn)入今天的主題3d打印技術(shù)是如何助力于產(chǎn)品修理領(lǐng)域。

2019年俄羅斯的航空部門頒發(fā)了一個特別的獎項，用來獎勵俄羅斯航空專家在修復(fù)蘇聯(lián)時代生產(chǎn)的米格31戰(zhàn)斗機(jī)時，所創(chuàng)新性使用的工藝工法。但當(dāng)獎項公布的時候，所有人都大吃了一驚，原來修復(fù)如此一架昂貴的戰(zhàn)斗機(jī)，所使用的設(shè)備居然是一臺不到2000人民幣的中國產(chǎn)3d打印機(jī)。這又是什么原理呢？請讓我們看一看這篇報道的新聞原文。

俄羅斯聯(lián)合航空制造發(fā)文《3D打印的米格戰(zhàn)斗機(jī)》

海外網(wǎng)2019年12月21日電 最近一臺來自中國的3D打印機(jī)在俄羅斯火了。原來，俄羅斯一位飛機(jī)工程師日前透露了快速修復(fù)米格-31戰(zhàn)斗機(jī)的秘密——利用3D打印技術(shù)，且這臺打印機(jī)是他花1800元從中國網(wǎng)購的。

俄羅斯聯(lián)合航空制造集團(tuán)20日發(fā)布了一則新聞稿《3D打印的米格戰(zhàn)斗機(jī)》。文章稱，集團(tuán)日前舉辦了內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)改進(jìn)項目年度競賽。經(jīng)過激烈角逐，米格公司下屬的下諾夫哥羅德“雄鷹”飛機(jī)制造廠首席設(shè)計工程師阿列克謝，憑借3D打印技術(shù)快速修復(fù)米格-31戰(zhàn)斗機(jī)，一人攬得兩項年度大獎。

俄媒稱，這引發(fā)了現(xiàn)場巨大轟動，以往很少有人能獨攬兩項大獎。于是在場同行紛紛向阿列克謝及其團(tuán)隊請教，使用的3D打印機(jī)是從哪里弄來的。

“阿列克謝，你使用的打印機(jī)是買零件自己組裝的，還是購買的成品？”被臺下同行提問后，阿列克謝答道：“我們買零件，自己組裝的?！蓖欣^續(xù)追問：“零件從哪里買的？”阿列克謝笑著回答：“中國，我們在阿里巴巴（AliExpress）網(wǎng)購的?！?/p>

據(jù)悉，阿列克謝及其團(tuán)隊從中國海淘來這臺3D打印機(jī)，在短時間內(nèi)解決了困擾下諾夫哥羅德“雄鷹”飛機(jī)制造廠的米格-31零部件生產(chǎn)難題，讓一批積壓在“雄鷹”廠待修的米格-31戰(zhàn)斗機(jī)重新服役。

據(jù)阿列克謝介紹，今年他和他的團(tuán)隊在進(jìn)行米格-31戰(zhàn)斗機(jī)的維修和現(xiàn)代化過程中遭遇了巨大難題——原廠零件裝不上。由于俄羅斯后勤管理系統(tǒng)落后，每次修理都未被精準(zhǔn)記錄在案，部分修理廠在修理過程中使用了加強(qiáng)墊片，還有一些修理廠擅自改變了固定孔的位置。這就導(dǎo)致米格-31戰(zhàn)斗機(jī)在返廠大修時，原裝零件反而裝不上去。

阿列克謝在了解到外國同行已經(jīng)利用3D打印技術(shù)，進(jìn)行戰(zhàn)斗機(jī)零件的快速制作后，他就通過阿里巴巴全球購從中國購得一臺3D打印機(jī)零件及耗材，一共花了1.6萬盧布，約合1800元人民幣。

據(jù)悉，在第一次試用之后，阿列克謝及其團(tuán)隊就發(fā)現(xiàn)，原先傳統(tǒng)工藝制作一個試模件需要11道工序，而3D打印只需要4道；原先一個零件從設(shè)計到制造需要340小時，3D打印只需要29個小時，效率比原先提高了11倍；原先一批樣件制作需要耗資100萬盧布，而3D打印只需要1.2萬盧布，平均成本降低98.7%。

“這個項目的成功告訴我們，每個人都有機(jī)會證明，一個戰(zhàn)士在戰(zhàn)場上為解決特定問題而表現(xiàn)出來的巨大智慧?！卑⒘锌酥x說，雖然3D打印的解決方案不能用于大規(guī)模生產(chǎn)，但它卻可以解決類似小的難題。

俄工程師這個大膽創(chuàng)意贏得了俄羅斯網(wǎng)友的點贊：真的非常方便，還物美價廉，可以想什么時候制造，就什么時候制造。中國網(wǎng)友也感嘆，這也太厲害了吧，還喊話俄羅斯：中國海淘，值得擁有。（海外網(wǎng) 張琪）

這篇生動詳實的新聞報道，非常清晰闡述3d打印的諸多優(yōu)勢。

首先3d打印特別適合于復(fù)雜零件的生產(chǎn)，這種零件往往不太容易使用機(jī)械加工技術(shù)，這種零件在上文中已經(jīng)提及，不再贅述。

第二就是3d打印特別適合于生產(chǎn)，單件不重復(fù)的零件。我們很清楚，在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)尺寸相同，規(guī)模大量的零件時候特別適合于使用鑄造或者是模壓的手段，只要制造出一個模具，就可以使用壓鑄機(jī)、注塑機(jī)或者模壓機(jī)大量生產(chǎn)相同型號相同尺寸，相同規(guī)格的零件由于模具可以重復(fù)利用，所以只要制造出一個模具，有了材料和機(jī)械，就等于可以在任何時候生產(chǎn)出任何數(shù)量的物品，成本就非常的非常的低。但是在生產(chǎn)僅僅一件產(chǎn)品的時候，這種生產(chǎn)模式所浪費的資源和花費的成本就非常高了。比如要生產(chǎn)出一個扳手型的物體，對于傳統(tǒng)的加工方式來講，首先需要制造一個高強(qiáng)度的合金模，然后再使用壓鑄技術(shù)或者使用模鍛技術(shù)將一塊型鋼按照模具做成相關(guān)的形狀，這樣一來，生產(chǎn)這一個扳手就要單獨生產(chǎn)出這一個模具，為他單獨開一次耗電量極高的水壓機(jī)或者開一鍋熔爐。而生產(chǎn)完畢之后，這套模具也隨之報廢，不能再為以后的生產(chǎn)所用，所以生產(chǎn)這種產(chǎn)品是非常不劃算的。而在這個時候無需提前制模，只要打開電腦即可使用的3d打印技術(shù)，自然是不二之選。

第三就是3d打印機(jī)它的部署更加容易便利，一般的3d打印機(jī)往往由幾個零部件組成，比如控制噴頭，激光頭移動的芯片和電路板，噴頭（或者激光燒結(jié)頭），供料機(jī)構(gòu)，托盤，冷卻系統(tǒng)，以及最后的控制計算機(jī)。小型的3d打印機(jī)甚至可以分解成幾個零件，一輛小汽車即可攜帶，非常便利。但一個相同加工精度的五軸小型加工中心，它的成本和它的尺寸都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越小型3d打印機(jī)的，而且部署條件更加苛刻，需要非常專業(yè)人才才能操縱，成本也非常高昂。

因此大家就能看出來3d打印技術(shù)，對于特別需要生產(chǎn)形狀不統(tǒng)一，單位批次有限，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用時限制比較短的零件非常具有競爭力。這對于野戰(zhàn)環(huán)境下修理因戰(zhàn)斗造成的設(shè)備損傷，有著非常重要的實踐意義。

這個由荷蘭軍迷進(jìn)行的69式坦克修理的視頻已經(jīng)連載超過幾年。他們面對的一個很大的問題，就是因為這輛坦克是在伊拉克戰(zhàn)場被摧毀的，因此它的零部件大多因戰(zhàn)火和歲月的侵蝕，已經(jīng)損壞嚴(yán)重，而且它的原廠已經(jīng)不再生產(chǎn)同類尺寸的零件，所以他們的很多零件都是通過咨詢改裝車同行們，以各種能夠找到的市場上的零件，或者以機(jī)床生產(chǎn)尺寸接近的零件進(jìn)行替代的。而這樣一來，為每一個系統(tǒng)尋找相同的零件所消耗的時間，就是非常長的時間了。從他們開始修復(fù)到今日已經(jīng)過去兩三年，這輛坦克底盤上的相關(guān)零件還沒有完全找齊。而這一點在戰(zhàn)場上是絕對不能接受的。雖然戰(zhàn)場上為了應(yīng)付這種情況，往往會預(yù)留很多的零件，比如整體的汽車，發(fā)動機(jī)，坦克發(fā)動機(jī)，甚至還有整個的坦克炮塔作為預(yù)備。但是如同這里的軍迷遇到的問題一樣，對于有些遭受損壞，無法進(jìn)行整體拆卸更換的設(shè)備，就必須使用大小規(guī)格相同的東西來修復(fù)。這導(dǎo)致有很多坦克無法就地維修，只能送回原廠，全面拆解之后才能進(jìn)行大修。而如果有了便攜式的3d打印機(jī)，在戰(zhàn)場上面對一些小的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件，修理工程師就會通過3d打印技術(shù)，生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)相同，尺寸相同的替代零部件給坦克換上。這樣無疑能夠大幅降低裝備修復(fù)的時間。

好鋼要用在刀刃上，對于特別需要考慮單件生產(chǎn)，特異零部件生產(chǎn)的野戰(zhàn)修理環(huán)境來講，3d打印無疑是一個非常好的發(fā)展方向。在3d打印技術(shù)非常成熟的我國，早在幾年前就已經(jīng)成功開始了此類實踐工作。

本報（解放軍報）成都2015年8月10日電 歐陽治民、記者張放報道：武器裝備部件也能打印？8月9日，記者在“補(bǔ)給行動-2015”軍需物資油料保障演練現(xiàn)場，見證了這神奇一幕。

當(dāng)天10時30分許，由成都軍區(qū)抽組的應(yīng)急兵站油料保障分隊一輛6管加油車被炮火“毀傷”。經(jīng)檢測，系加油車聯(lián)軸器損壞。因聯(lián)軸器為非易損部件，應(yīng)急兵站無庫存，油料保障分隊立即啟用油料裝備修理工程車，利用3D打印機(jī)現(xiàn)場打印制作聯(lián)軸器。

記者在工程車內(nèi)看到，油料裝備維修隊士官董凱毅打開軟件，調(diào)出聯(lián)軸器三維模型。同時，另一名操作員劉得俊根據(jù)聯(lián)軸器構(gòu)成，在打印機(jī)內(nèi)裝入高分子材料。董凱毅一按鼠標(biāo)，打印機(jī)噴頭便噴出粉末狀材料，逐層打印和粘合。不久，聯(lián)軸器底端便初顯雛形。

軍區(qū)聯(lián)勤部領(lǐng)導(dǎo)告訴記者，在高原高寒山地作戰(zhàn)，攜運(yùn)行的裝備零部件有限，裝備受損需換件時，常面臨“帶來的用不上，用得上的沒帶，后方籌措又太慢”等窘?jīng)r。他們經(jīng)論證試驗，在油料裝備修理工程車上加裝3D打印機(jī)，并建立齒輪、棘輪、卷盤、軸等各類零配件的三維模型。此次演練，他們首次將這一成果運(yùn)用于保障實踐，在高原演兵場建起“配件制造車間”，創(chuàng)造了首次運(yùn)用3D打印技術(shù)維修后勤裝備的先例。

聯(lián)軸器打印完畢，修理工立即對受損加油車換件維修。經(jīng)技術(shù)測試，加油車性能恢復(fù)正常，重新投入加油作業(yè)?！靶⌒?臺打印機(jī)，能抵5個修理工！”董凱毅感慨地說，用傳統(tǒng)方式自制零配件需要各類機(jī)床，并經(jīng)過“車、鉗、洗、刨、磨”等復(fù)雜工序。現(xiàn)在3D打印機(jī)的投入使用，使維修告別了許多笨重的“壇壇罐罐”，野戰(zhàn)搶修效率大大提高。

本人相信，隨著更多的高新技術(shù)的廣泛使用，我國的裝備保障技術(shù)將會得到更進(jìn)一步的飛躍!

20200626增補(bǔ)：針對部分小伙伴有關(guān)于3D打印零部件的疑慮，本人現(xiàn)將一篇新聞報道摘抄如下：

由華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的一項金屬3D打印技術(shù)“智能微鑄鍛”，在3D打印技術(shù)中加入鍛打技術(shù)，能生產(chǎn)結(jié)實、耐磨的金屬產(chǎn)品，打破了3D打印行業(yè)存在的最大障礙，有望開啟人類實驗室制造大型機(jī)械的新篇章。

傳統(tǒng)機(jī)械制造中，澆鑄后的金屬材料不能直接加工成高性能零部件，必須通過鍛造改造其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解決成型問題。但是對超大鍛機(jī)的過度依賴，導(dǎo)致機(jī)械制作投資大、成本高且制作流程長、能耗巨大、污染嚴(yán)重、浪費嚴(yán)重并難以制作梯度功能材料零件。

作為后起之秀的常規(guī)金屬3D打印技術(shù)因能夠解決傳統(tǒng)制造業(yè)的以上弊病而受到青睞。然而，常規(guī)3D打印同樣存在致命缺陷：一是沒有經(jīng)過鍛造，金屬抗疲勞性嚴(yán)重不足；二是制件性能不高；三是存在氣孔和未融合部分；四是大都采用激光、電子束為熱源，成本高昂。因而形成了“中看不中用”無法高端應(yīng)用的局面。

為解決這一世界性難題，張海鷗團(tuán)隊經(jīng)過十多年潛心攻關(guān)，研制出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，實現(xiàn)了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新，從而大幅提高了制件強(qiáng)度和韌性，提高了構(gòu)件的疲勞壽命和可靠性。不僅能打印薄壁金屬零件，而且能打印出大壁厚差的金屬零件，省去了傳統(tǒng)巨型鍛壓機(jī)的成本。

“常規(guī)3D打印金屬零件的過程是打印算一層，鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要分開依次進(jìn)行，即前一個步驟完了，后一個步驟方可進(jìn)行，中間還要騰出金屬冷卻的時間”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛技術(shù)可以同時進(jìn)行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時完成了。

　　“我們將原先需要8萬噸力才能完成的動作，降低到八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一臺設(shè)備完成了過去諸多大型設(shè)備才能完成的工作，綠色又高效?！彼f。

該技術(shù)以金屬絲材為原料，材料利用率達(dá)到80％以上，絲材料價格成本為目前普遍使用的激光撲粉粉材的1/10左右。在熱源方面，使用高效廉價的電弧為熱源，成本為目前普遍使用的大多需要進(jìn)口的激光器的1/10。

泵噴推進(jìn)器主要應(yīng)用于船舶重工等領(lǐng)域，是船舶航行的重要動力裝置。此次通過金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)制造成功的大型泵噴推進(jìn)器槳葉，選用不銹鋼316L原材料，成型尺寸達(dá)到直徑0.6米、高度1米，總重量160千克。通過驗收與測試，制造周期相比傳統(tǒng)方式縮短了2/3，構(gòu)件的力學(xué)性能得到了大幅度提升，制造精度差由以前的0.5mm提高到0.1mm，沒有檢測到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。

在我國研制的新型戰(zhàn)斗機(jī)上，一種新型復(fù)雜鈦合金接頭的制造也已經(jīng)開始和張海鷗團(tuán)隊合作，用該技術(shù)打印出來的鈦合金抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性均超過傳統(tǒng)鍛件。

　　目前，該技術(shù)正在西航動力公司、西安飛機(jī)制造公司等新產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)用，已經(jīng)試制了高溫合金雙扭葉輪、鋁硅合金熱壓泵體、發(fā)動機(jī)過渡段等零件，以及大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形雙曲面模具、轎車翼子板沖壓成形FGM模具等，應(yīng)用前景廣闊。

　　目前，根據(jù)空客公司對飛機(jī)零部件的需求，張海鷗團(tuán)隊正在進(jìn)行研發(fā)，“一旦繼續(xù)獲得認(rèn)可，我們將贏得空客的零部件生產(chǎn)的訂單，同時還可能獲得更多國際民用航空巨頭的青睞?！睆埡ｚt說。

此前跟據(jù)報道，張海鷗教授團(tuán)隊的“智能微鑄鍛增材制造”發(fā)明專利技術(shù)，在金屬微熔鑄的同時同一工位復(fù)合鍛造工藝，“鑄鍛復(fù)合，邊鑄邊鍛”可以獲得增材制造鍛態(tài)無織構(gòu)12級超細(xì)等軸晶、高強(qiáng)韌、高可靠性能的復(fù)雜形狀金屬鍛件，突破性地解決了傳統(tǒng)制造流程長、污染重、能耗高、材料利用率低、需要超大型鍛機(jī)的世界性難題，同時克服了常規(guī)金屬增材制造沒有經(jīng)過鍛造，容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，產(chǎn)生高致密性、各向同性、等軸細(xì)晶，強(qiáng)度、韌性較傳統(tǒng)制造更高，可以增強(qiáng)關(guān)鍵重要零部件的性能，改變了“鑄鍛分離”的傳統(tǒng)制造模式，較傳統(tǒng)制造方法可縮短制造流程60%以上，節(jié)能90%以上，成本降低60%以上，有望開啟綠色短流程制造金屬鍛件的新模式，為高端制造業(yè)顛覆性創(chuàng)新技術(shù)。該發(fā)明專利技術(shù)已經(jīng)試點應(yīng)用于航空、航天、海洋工程、核能、高端裝備等高性能核心復(fù)雜零部件制造。

最近，國家科學(xué)技術(shù)獎勵工作辦公室日前公示了2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎受理項目名單。其中，“大型復(fù)雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備”，即“金屬3D打印‘微鑄鍛’”技術(shù)提名2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。提名意見認(rèn)為：“該重大原創(chuàng)性成果能夠有力支撐我國高端裝備自主創(chuàng)新，引領(lǐng)短流程制造技術(shù)革命和傳統(tǒng)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級?！?/p>