锻造技术在航空制造领域已应用多年，主要用于制造飞机、发动机承受交变载荷和集中载荷的关键和重要零件。飞机上锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20%~35%和发动机结构重量的30%~45%，是决定飞机和发动机的性能、可靠性、寿命和经济性的重要因素之一，可见锻造技术的发展对航空制造业有着举足轻重的作用。

随着航空产业不断的发展，对航空装备极端轻质化与可靠化的追求越来越急迫，锻造技术的瓶颈已逐渐显现，尤其在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面。同时，被称为“第三次工业革命”、“野蛮神器”的新型技术——3D打印技术又给锻造技术带来了冲击，其制造理念的颠覆、加工周期的大幅缩短、材料利用率的大幅提高、低碳环保的制造方式等都直接威胁锻造产业的发展，甚至有人认为3D打印技术可以替代锻造技术用于航空制造领域。面对这些问题，锻造产业在航空制造领域将如何发展是目前急需研究的课题。

本文从3D打印技术的背景及应用现状出发，分析比较该技术与锻造技术在航空制造领域的优缺点，并根据作者多年在锻造企业的管理经验，探讨了锻造产业在航空制造领域发展的方向，为锻造产业的发展提供新的思路。

金属3D打印的发展历程

1 3D打印技术“热”的背景

3D打印技术属于一种非传统加工工艺，也称为增材制造，是全球先进制造领域兴起的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术，该技术的核心制造思想最早起源于美国，至今已有120多年。由于2012年3月9日美国总统奥巴马宣布的美国“制造创新国家网络”计划中，将“增材制造”作为第一个中心的研究方向，从而引起了3D打印技术风靡全球，经济学人将其称为“第三次工业革命”，《南方周末》将其叙述为“野蛮神奇”要革制造业的命。

2 3D打印技术在金属零件制造领域应用现状

从20世纪90年代中期开始，利用“3D打印”技术思想进行金属零件的直接生产成为该技术领域内发展最为迅速的方向，短短几年间诞生了多种技术方法，如美国Sandia国家实验室的Laser Engineered Net Shaping、瑞士洛桑理工学院的Laser Metal Forming、美国Los-Alamos国家实验室的Directed Light Fabrication、美国密西根大学和英国利物浦大学的Direct Metal Deposition、加拿大国家研究委员会集成制造技术Laser Consolidation、美国宾州大学的Laser Free-Form Fabrication、美国Aeromet的Laser Forming以及英国伯明翰大学的Direct Laser Fabrication等[2-10]。这些方法虽然名称不同，但在原理上都是基于3D打印技术的增材制造理念。

值得注意的是，美国军方对这项技术的发展给予了相当的关注和支持，在其直接支持下，美国率先将这一先进技术实用化，其中成立于1997年的AeroMet公司生产的3个Ti-6Al-4V激光快速成形零件获准在实际飞机上使用，这3个零件分别是F-22上的一个接头件、F/Al8-E/F的机翼翼根吊环以及F/A-l8E/F上的一个用于降落的连接杆。近期，美国空军和洛克希德·马丁公司已经宣布与Sciaky公司成为合作伙伴，并且计划使用该公司生产的3D打印机制作飞机部件装备正在生产的F-35战斗机[11]。GE公司收购了Morris技术公司以及3D打印服务快速质量制造公司，计划利用3D打印技术生产发动机喷嘴[12]。

目前，国内在金属3D打印技术领域已处于国际先进水平。北京航空航天大学王华明团队为国产C919、J15、J20、J31提供航空结构件，并于2012年凭借“大型复杂整体钛合金结构件激光成型制造技术及装备”获得国家技术发明奖一等奖。 西北工业大学黄卫东团队试制成功C919大飞机翼肋TC4上、下缘条构件，该类零件尺寸达450mm×350mm×3000mm。华中科技大学史玉升团队运用该技术生产六缸发动机缸盖，7天内整体成形四气门六缸发动机缸盖砂芯。

金属3D打印与锻造技术在航空制造领域应用的对比分析

航空工业是国防实力的重要体现，其制造技术发展的程度已经成为衡量一个国家综合经济实力与科技发展水平的重要标志。而新型制造技术的应用和传统制造技术的变革是航空制造技术发展的重要推动力。金属3D打印作为新兴制造技术在航空制造领域能否广泛应用，传统锻造技术能否满足新一代航空装备制造的需求，作者从以下2个方面进行对比分析。

1金属3D打印技术在航空制造领域应用的优缺点

金属3D打印技术特点突出，即无需模具的自由近净成形，且全数字化、高柔性，打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松，具有较高的性能等。根据相关报道[13]，利用LSF（激光立体成形技术，属于金属3D打印技术的一种）制造航空用盘型零件材料利用率高达2/3，远远高于锻造和铸造，而设计修改时间、加工循环周期、返修率、费用均较低。采用LSF技术制造的Ti6Al4V、316L不锈钢、Inconel625合金拉伸性能均优于锻件。