中國(guó)十年磨一劍造出全球獨(dú)一技術(shù)，美國(guó)說跟不上了，中國(guó)人還996

1981年，日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男發(fā)明了利用光硬化聚合物制造三維塑膠模型的方法，原理是利用液態(tài)的光敏樹脂即UV 樹脂，在一定波長(zhǎng)的紫外光（250-300納米）照射下會(huì)立刻發(fā)生聚合反應(yīng)，完成固化。

這種用紫外線按照一定軌跡照射一堆光敏樹脂，硬化其中一部分的技術(shù)還是非常原始。3年后，美國(guó)人查克·赫爾引入噴射的方式將光敏樹脂層疊起來，每次薄薄地噴上一層，再用紫外線固化一層。

到了90年代，3D打印機(jī)的工藝方法已經(jīng)從單一的光敏感材料擴(kuò)展到丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯烯。這種顛覆的制造工藝開始引起金屬加工行業(yè)的關(guān)注。

一直以來，所有金屬產(chǎn)品都需要經(jīng)過澆鑄、制造、沖壓、加工等程序，雖然引入了大量的自動(dòng)化加工技術(shù)，但這些工序并無減免。3D打印機(jī)的出現(xiàn)為金屬加工打開了一扇全新的大門，如果金屬材料也能像樹脂一樣被熔融進(jìn)行沉積，那么前面所有的工序都可以省略。

巨大的收益前景，很快讓金屬加工的3D打印技術(shù)成真，技術(shù)人員用激光、電子束和摩擦攪拌的方法將金屬材料熔融，再進(jìn)行噴涂沉積。

這其中激光幾乎能涵蓋一切金屬材料，包括熔點(diǎn)高達(dá)上千度的鎳基高溫合金都能熔融；電子束略遜一籌，能覆蓋不銹鋼、鈦、鋁、銅、工具鋼、不銹鋼等；摩擦攪拌主要用在一些熔點(diǎn)較低的金屬 材料，如鋁、鈉、鉀等，摩擦攪拌的最大好處是成本低。

除了熱噴涂打印，還有一種不需要熱源的冷噴涂技術(shù)，這是一種將固態(tài)粒子高速噴射到基材表面，產(chǎn)生劇烈的塑性變形而沉積形成涂層的方式。冷噴涂增材對(duì)薄壁件的加工最佳，薄壁件很容易變形，冷噴涂對(duì)基體不產(chǎn)生熱影響，沒有熱變形。

3D打印技術(shù)的好處既然有如此多，因自然被各國(guó)軍方給盯上了：

第一，它精簡(jiǎn)了制造過程，讓加工設(shè)備體積小，且便于攜帶；

第二，能自主掌控和變更幾何形狀，制造空心零件如探囊取物，非常簡(jiǎn)單，更輕的重量意味著飛行器能獲得更快的速度和更低的總體燃料成本，這讓航空業(yè)如何不愛；

第三，能實(shí)現(xiàn)多種材料的任意組合和搭配，讓金屬材料的混搭和疊加如同縫衣服，簡(jiǎn)單明了，讓強(qiáng)度和韌性兼顧，實(shí)現(xiàn)魚和熊掌兼得。

第四，大幅降低武器裝備的造價(jià)成本。傳統(tǒng)的生產(chǎn)是做“減”法，將大小遠(yuǎn)超零件尺寸的原材料通過切割、磨削等工序，除去多余部分，大約有90%的原材料會(huì)被浪費(fèi)掉。與傳統(tǒng)工藝不同，3D打印技術(shù)做的是“加”法，從無到有，無需原胚和模具，通過層層增加材料的方法“打印”出來，整個(gè)生產(chǎn)過程幾乎沒有任何浪費(fèi)。

最早將3D打印技術(shù)應(yīng)用到實(shí)戰(zhàn)的是美國(guó)，這不僅是因?yàn)槊绹?guó)的技術(shù)最先進(jìn)，而且美國(guó)人不是在打仗，就是在打仗的路上。

阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)持續(xù)了20年之久，塔利班正面打不過美軍，就指著美軍的后勤保障攻擊，讓美軍頭疼不已，為了確保補(bǔ)給暢通和保障人員的安全，美軍在這方面付出的傷亡不比正面戰(zhàn)場(chǎng)少。

2010年，美軍一支車隊(duì)在阿富汗山區(qū)行進(jìn)時(shí)，遭遇塔利班的突然圍攻，死傷慘重，無力突圍，無奈之下利用火力優(yōu)勢(shì)固守待援。在等待救援的時(shí)間里，救治傷員的繃帶很快用完，如果不采取措施，剩下的傷員將因流血過多喪命。

危急關(guān)頭，美軍利用護(hù)送的3D打印機(jī)就地取材，利用塑料水杯和水瓶融化，獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，作為打印機(jī)的原材料，制成塑料繃帶為傷員止血，大大降低了傷亡。后續(xù)，美軍在全球各地大量配置3D打印機(jī)，用來就地打造設(shè)施和裝備，減少后勤需求和運(yùn)輸。

有了美軍的示范作用，法國(guó)很快有樣學(xué)樣。2018年法國(guó)海軍的一次軍事演習(xí)中，其一艘航母損壞了一個(gè)螺旋槳葉片。按照常規(guī)流程，制造廠會(huì)先制作葉片模型，然后再開模、澆鑄、應(yīng)力釋放、機(jī)械加工，進(jìn)行熱處理及打磨，最后安裝。這一套流程全部走完至少需要兩個(gè)月的時(shí)間。結(jié)果法國(guó)海軍使用金屬3D打印技術(shù)，僅用時(shí)一周就完成修復(fù)。

俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)，無人機(jī)首次進(jìn)行大規(guī)模實(shí)戰(zhàn)，折損數(shù)量巨大，如何在戰(zhàn)場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)充，及時(shí)恢復(fù)戰(zhàn)斗力？修復(fù)破損的無人機(jī)無疑是最好的辦法之一。

俄羅斯利用桌面型碳纖維3D打印技術(shù)，取代模壓碳纖維和金屬部件，輔以微米級(jí)激光檢測(cè)系統(tǒng)，用碳纖維和凱夫拉作為增強(qiáng)材料，在戰(zhàn)地實(shí)現(xiàn)了零部件的快速打印和無人機(jī)修復(fù)。

那么我國(guó)在3D打印技術(shù)方面，處于全球的哪個(gè)位置？

中國(guó)在3D打印技術(shù)這一領(lǐng)域很早就布局，并不落后于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，相反，在一些高精尖的軍工領(lǐng)域甚至還處于領(lǐng)先地位。

2012年，我國(guó)首次把3D打印列入國(guó)家863計(jì)劃，2015年取得突破，開始在飛機(jī)研制上投入使用，取得了迅猛發(fā)展。給大家一組數(shù)據(jù)對(duì)比，依靠傳統(tǒng)研制方式的殲-10從立項(xiàng)到裝配部隊(duì)用了近10年時(shí)間，而運(yùn)用了3D打印技術(shù)的艦載機(jī)殲-15研發(fā)，我國(guó)僅用時(shí)3年。

如今中國(guó)的第六代戰(zhàn)機(jī)成飛的“銀杏葉”殲-36和沈陽的“雨燕”更是用到了中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的3D鍛件打印技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)有多強(qiáng)？從2016年發(fā)明出來，到我國(guó)明令嚴(yán)禁出口的2018年期間，美國(guó)屢敗屢戰(zhàn)，向我國(guó)數(shù)次提出采購(gòu)請(qǐng)求，表示錢不是問題欲購(gòu)買3D鍛件打印技術(shù)，被拒后美國(guó)又表示：“不出售技術(shù)沒有問題，出售設(shè)備也行。”在被我國(guó)連續(xù)拒絕三次后，美國(guó)詞窮，最終喊出了：“科學(xué)無國(guó)界”。

同一時(shí)間，日本和德國(guó)機(jī)床企業(yè)大大松了一口氣，暗暗感謝中國(guó)的不殺之恩。這是因?yàn)橹袊?guó)的這項(xiàng)3D鍛件打印技術(shù)能替代鑄造、焊接、機(jī)加，如果對(duì)供應(yīng)，可以讓全球絕大多數(shù)機(jī)床企業(yè)破產(chǎn)。

一直以來，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍都是普通金屬零部件，不含使用環(huán)境惡劣，強(qiáng)度要求高的鍛件加工零件，例如核電站、深水潛航器、軍艦和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部高溫高壓的轉(zhuǎn)子等部件。

鍛件比同樣材質(zhì)的金屬晶體更加細(xì)化、均勻、密度，疲勞壽命、強(qiáng)度、可靠性和韌性等更強(qiáng)。古代制造鍛件的方法是把鐵燒紅，然后用鐵錘不斷敲擊，那真是千錘百煉，至少敲擊3000次。

古人號(hào)稱“削鐵如泥”的寶劍其實(shí)就是靠鍛造制成，而這里的“鐵”指的是其他制造方式，強(qiáng)度高下立見。

現(xiàn)代傳統(tǒng)的鍛造方法是用一個(gè)幾萬到幾十萬噸壓力的液壓機(jī)，將燒紅的金屬像揉面一樣多方捶打，把晶體間的雜質(zhì)硬生生擠出來，然后在特殊型面的模具中，用幾萬噸的壓力壓制而成，冷卻后再進(jìn)行機(jī)加。這種加工方式制造的產(chǎn)品品質(zhì)沒得說，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

為了打破這種桎梏，我國(guó)耗時(shí)10年，利用加速、慣性和激光粒子加強(qiáng)的方式在3D打印技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了史無前例的鑄鍛銑一體化，將原本需要鑄造、鍛造、銑削的三個(gè)工序一次完成，實(shí)現(xiàn)制造時(shí)間縮短80%，材料利用率達(dá)到80%，制造成本下降90%。

原理是首先將金屬材料離子化，離子化是指一個(gè)分子（或原子）獲得一個(gè)負(fù)電荷或者正電荷形成離子的過程，說直接點(diǎn)就是從材料的分子或原子開始堆積；接著利用高速將離子發(fā)射到基材表面，層層疊加，當(dāng)速度達(dá)到一定速度，這些分子或原子會(huì)形成相互交接，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和韌性大大增加，這還不夠，最難的技術(shù)出現(xiàn)了——那就是利用激光粒子沖擊疊加層的表面，每疊加一層就沖擊一層。

我們都知道光是波粒二象性，激光也是如此，先用光束消除離子的帶電性，中性離子消除了同性相斥的可能，再用激光粒子不斷沖擊表面，將這些中性的分子或原子壓實(shí)。目前能實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的只有中國(guó)。

在軍工中，鍛造技術(shù)不可替代和或缺。如今我國(guó)各種軍事裝備迭代又快又好，震驚全球，與全球僅我國(guó)掌握的鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)分不開，它讓我們的研發(fā)實(shí)踐時(shí)間比美國(guó)縮短了80%，美國(guó)已經(jīng)明顯跟不上，哀嘆：“我太難了，他們的工作時(shí)間還至少是996，讓我怎么跟。”