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中國要做好激光3D打印和超級鋼技術的“兔子”
送交者: 智商128 2013年03月20日20:35:24 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  (一)近來,中國有三大技術突破領先世界

  一是3D打印技術。所謂3D打印技術實際是由計算機控制的依照3D設計圖紙直接“打印”出零部件的技術。據介紹,傳統的製作方式是“去除型”,如鍛造切割製造技術,是在毛坯基礎上將多餘的材料切割下來;而3D打印則是“增材型”,採取疊加技術,層層粘貼,直至完成所要的部件。這種方法,一是快,二是省,三是精密。據介紹,近年來,中國軍事科技之所以突飛猛進,以先進戰機為代表的各種尖端武器密集亮相,與中國掌握爆出了領先世界的3D打印技術有絕大關係。

  二是激光製造技術。3D打印加激光切割、打磨,可以使部件完美無缺。據介紹,早在2000年前後,中航激光技術團隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發,解決了多項世界技術難題、生產出結構複雜、尺寸達到 4米量級、性能滿足主承力結構要求的產品。目前,中國已具備了使用激光成形超過12平方米的複雜鈦合金構件的技術和能力,成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件製造、應用的國家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題後,中國生產的鈦合金結構部件迅速成為中國航空力量的一項獨特優勢,目前,中國先進戰機上的鈦合金構件所占比例已超過20%。

  中國民用航空製造業也開始應用這一技術。在西北工業大學凝固技術國家重點實驗室下設的激光製造工程中心,通過激光立體成型技術為將於2014年投產、2016年投入運營的國產客機C-919製造了鈦合金翼梁,長度超過5米。除製造外,這些部件即使出現問題,也可以使用同樣的技術進行修復,而無需重新製造,這將可以節省大量用於更換受損部件的費用。憑藉激光鈦合金成形技術,中國在航空材料科學領域第一次走在了世界先進水平的前列,正因為如此,今年1月18日,國務院向“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”頒發國家技術發明獎一等獎。

  據介紹,中國激光製造技術的成功應該歸功於29歲就成為中國科學院半導體所最年輕的研究員林學春及其於2005年帶頭創建的“全固態光源實驗室”。在他的帶領下,實驗室克服重重困難,相繼突破3kW、4kW、6kW和8kW激光輸出。2008年,以林學春作為項目負責人承擔的“863”重點項目“高功率5千瓦全固態激光器”的課題“高功率全固態激光器研究”通過了科技部專家組嚴格評估,這是我國首次研製成功的滿足工業需求的5千瓦級全固態激光器,在打破國際禁運、實現激光先進製造裝備工程化方面實現了重大突破。

  三是超級鋼技術。“30年後,將是‘超級鋼鐵’的時代。”我國軋鋼領域的著名專家東北大學劉相華教授在接受科技日報採訪時,表達了自己對於超級鋼未來發展趨勢的預測。

  2012年,央視《創新中國》欄目報道,我國的微晶鋼(超級鋼)居於世界領先地位。超級鋼的特點是:低成本、高強韌性、環境友好、節省合金元素和有利於可持續發展,被視為鋼鐵領域的一次重大革命;我國是目前世界上唯一實現超級鋼的工業化生產的國家,其他國家的超級鋼尚未走出實驗室。預計到2015年,我國高強度鋼筋產量比例將達到80%。其中三分之一按照超級鋼的思路組織生產,其產量將超過3000萬噸。

  超級鋼有廣闊的應用前景。過去依靠添加微合金元素來改善性能的船板鋼、橋梁鋼、容器板等,均可通過細化晶粒來提高強度,改善韌性,提高使用性能。超級鋼開發成功,已經對我國鋼材品種更新換代產生重要影響,具備超級鋼特徵的低成本、高性能、細晶粒新一代鋼種系列,已經開始逐漸取代陳舊的鋼號標準,超級鋼作為里程碑式的標誌,載入了我國鋼鐵產品開發的史冊。

  青衫老祖感覺,這三大技術都是軍民兩用技術,用之以經濟建設,可以促進低炭、節約和循環經濟發展,提高工程質量和性能,用之以軍事,可以大幅度提高裝備的戰鬥力,對於發展我國藍水海軍、天軍、無人機部隊等等,都具有重大戰略意義。

  (二)“三項技術”的全球競爭風雲乍起、山雨欲來

  根據有關報道,儘管中國處於上述三大技術的國際領先地位,但絕非高枕無憂。目前,西方國家 尤其是美國對於上述三大技術的投入力度和關注程度決不必中國差。而且,由於美國科技儲備和研發能力仍遠勝於中國,只要美國認準“三大技術”之於國防和經濟 建設的戰略意義,就決不會甘於落後中國。

  實際上,在3D打印方面,美國起步遠早於中國。早在1984年,美國開發出從數字數據打印出3D物體的技術,並在2年後開發出第一台商業3D打印機。美國空軍一下子就被這種新技術吸引,他們認為,如果將這種技術用在武器製造上,產生的威力將是驚人的。

  一是可完成超大型零部件製造。傳統鈦合金零件製造,主要依靠鑄造和鍛造,由於受到機器的限制,3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件,即使世界最大的8萬噸水壓機,鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。

  二是節約材料,降低成本。使用傳統鍛造切削工藝,原料的95%都會被作為廢料切掉。使用激光鈦合金成形技術,等於節約了90%的昂貴的原材料,還不需要製造專用模具,原本相當於材料成本1-2倍的加工費現在只需原來的10%。加工1噸重的鈦合金複雜結構件,傳統工藝成本大約2500萬元,而激光3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右,僅是傳統工藝的5%。

  三是大幅度提高武器裝備的戰鬥力。許多複雜結構的鈦合金構件可以通過3D打印的方式一體成型。不僅節省工時,還大大提高材料強度。 美國F-22戰機的鈦合金鍛件如果使用3D打印技術製造,在強度相當的情況下,重量最多可減少40%。

  四是可以實現訂單式生產、模塊化、移動化生產。比如太空設備修復。只要飛船升空時帶上一台3D打印機,宇航員們就只需攜帶所需的金屬絲物料,不用攜帶零部件成品,節省空間的同時減輕了負載,更重要的是,他們幾乎可以按需打印任何物品,上太空時,也無需擔心發射時遺漏物資和設備。

  為此,1985年,在五角大樓主導下,美國秘密開始了鈦合金激光成形技術研究,1992年這項技術才公之於眾,在2002年,美國已將激光成形鈦合金零件裝上了戰機。但是,由於在製造過程中鈦合金變形、斷裂的技術難題無法解決,美國始終無法生產高強度、大尺寸的激光成形鈦合金構件。2005年,美國從事鈦合金激光成型製造業務的商業公司Aeromet由於始終無法生產出性能滿足主承力要求的大尺寸複雜鈦合金構件,沒能實現有價值的市場應用而倒閉。美國的其他國家實驗室也無法攻克這一難題,只能進行小尺寸鈦合金部件的打印或進行鈦合金零件表面修復。

  中國在鈦合金3D打印技術上的突飛猛進,使美國甚為着急。今年1月14日,美國Sciaky公司宣布,他們已成功掌握了突破性的直接製造技術,使用電子束進行鈦合金3D打印,製造的零件尺寸可以達到5.8米×1.2米×1.2米。

  這一消息讓另一航天大鱷——歐洲有些坐不住。2013年2月初,歐洲航天局宣布,將利用3D打印技術在月球上建立首個人類基地,計劃讓機器人攜帶3D打印機“空降”到月球上,就地取材,利用3D打印技術將月球上的原始土壤轉變成建築材料。歐洲航天局表示,月球基地建築材料的90%都可能實現就地取材。一切進展順利的話,該月球基地有望在未來40年內投入使用。

  綜上所述,在三項技術方面的國際競爭十分激烈,完全可以用如火如荼、刀光劍影來形容。

  (三)中國不能成為龜兔賽跑中的那隻兔子

  中國有個寓言故事叫做龜兔賽跑。開始,兔子遙遙領先,但 是,由於太過輕視對手,中途睡覺,最終被爬行的烏龜超越成功,丟掉了原本勝券在握的比賽。上個世紀末,有國際人士在比較中印時引用了這一寓言,把中國比作 兔子,印度比作烏龜,並預言印度龜最終將戰勝中國兔。網友們經常以“兔子”代稱中國,大抵典出於此。

  青衫老祖認為,把中國稱為兔子並無不可。這有利於時常提醒中國人民,中國能夠成為兔子是中國的優秀之處,但是,中國必須避免成為驕傲自滿的兔子、中途睡覺的兔子,要始終保持危機感和憂患意識,始終保持進取精神和創新銳氣,朝着既定目的開拓前進。

  建設中國特色社會主義偉大事業是這樣,在“三項技術”方面也是這樣。已經成為“兔子”的中國務必保持清醒,牢牢把握競爭主動權,不斷鞏固和擴大領先優勢,力爭依靠包括“三項技術”在內的創新引領,完成對西方國家的彎道超車,實現中華民族偉大復興。

  一是要再接再厲,繼續在技術成熟度、通用性等方面下功夫,為“三項技術”開闢更廣泛的應用前景。

  二是要抓緊制定相關標準,實施標準化戰略和知識產權戰略,加強保密管理,確保核心競爭力始終掌握在中國手裡。

  三是加大國家對三項技術的支持性投入,納入建設創新型國家戰略,為三項技術的研發應用注入不竭動力。

  四是加快“三項技術“向航海航天航空等戰略性產業領域的應用,加快科技成果向戰鬥力、生產力領域的轉移步伐,統籌富國與強軍,讓中國兔子跑得更快更穩健。

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