從1980年到2022年，從運10到C919，國産大飛機經曆了40多年風風雨雨，如今終于迎來新的轉折點。2022年2月8日，中國商飛宣布國産大飛機C919預計在今年就能交付，屆時它的商用表現就要交給人民群衆來評判了！

一個月前筆者也寫過一篇關于C919的文章，提到了對美國發動機的擔憂和對“組裝機”的澄清，近幾天由中國科協“科創中國”舉辦，抖音、西瓜視頻聯合出品的《院士開講》欄目中，正好邀請到了國内知名院士王華明和曹春曉講授科學知識，于是，今天就順着欄目再來說說C919中的3D打印技術和材料輕量化問題。

3D打印又叫增材制造技術，由于能把複雜的三維問題平面化為二維，所以俗稱“打印”。

但它的本質和打印可是完全不同，思路是把零件拆分成無窮個平面，通過材料的疊加“從下到上”來制造實體零件，從而跳過傳統的鍛造、切削手段，節省工藝時間和成本。

王華明院士一開場抛出的觀點就引起了各方的注意，他提到，當今想要制造大型構件，會受到傳統冶金/成型技術的原理性制約，因此尺寸很難突破極限的大小。而C919的零件正好滿足“受制約”的兩個特性：性能高、尺寸大。

大尺寸的零件反而難造？這似乎有點反常識了，但是不妨想想看，一個零件之所以有一個規定尺寸，正是因為是這個大小才能發揮它最高的性能。以機器人為例，我們現在的仿人形機器人幾乎都和人類一般大小，并沒有國家異想天開，像電視裡那樣，造出一個酷帥拽的巨大機器人用于戰争。

原因很簡單：就算把小機器人内部的組件等比例放大，隻會讓那些精密的零件變得粗笨，無法使用，你能想象一個電視屏幕大小的芯片正常運作嗎？

如果要讓大機器人像人一樣活動，那麼内部空間也必須像原來一樣細小、均勻才行，為此，必須要額外添加很多的零件，“緻密”内部空間。這樣一來，設計的難度、技術的難度和成本都呈指數級上升，就算畫得出設計圖，以人類目前的科技水準也很難造得出來，也根本沒這個必要去造。

這就叫“成型的原理性制約”，是一個正常的物理法則，像一堵高牆一般阻擋着人類發展巨大裝備的道路。

話題重新回到C919上來。王明華院士介紹道：C919的機頭主風擋窗框正是這麼一個結構複雜，尺寸巨大的家夥，當時在全世界僅僅有一家歐洲公司能造，但歐美一開口，光是模具費的要價就高達1300萬元人民币，還需要2年才能出貨。

如果依賴這家歐洲公司，必定會造成C919的成本費大型膨脹，成本費一膨脹，C919的性價比和競争力可就完全比不了空客和波音了，何況，國産大飛機的研發緊趕慢趕，哪裡可能在一個窗框上耗2年呢？

于是，中國人自己想辦法。2009年，王華明院士及其科研團隊耗時僅55天交出了成果，這個窗框從大小到結構都和設計圖紙一模一樣，而總費用甚至還不到200萬元！這堪稱奇迹的成績，正是剛才所說的3D打印做出來的。

王院士還介紹了3D打印的具體過程：通過計算機控制激光，将合金粉末熔化為液态，接着激光控制着這些液态合金使其在基底材料上遊走，像膜一樣逐層堆積，“生長”成一個完整、精密的三維零件。

看似簡單的過程，卻是王院士及其團隊早從2000年開始就潛心研究，尋求突破，直到現在才摸索出來的一條與傳統截然不同的道路。

經《院士開講》介紹，當時美國在這個領域的起步比我們還早很多，然而在疲勞性能等方面突破失敗，最終在2005年左右得出結論：這條路走不通。

然而就是這條美國放棄了的路，中國團隊走出來了，它性能高、成本低、周期短，而且泛用性廣，以前我們能設計出來卻造不出來的零件，也可以使用3D打印技術一并完成，除了C919也可以在其他領域應用，前景可期。

在欄目中，王院士感慨做創新注定是一條坎坷的路，要做好隐姓埋名、終生磨不出一劍的心理準備。好在總算是功夫不負有心人，2013年，這項名叫“飛機钛合金大型複雜整體構建激光成形”的技術被評為了國家技術發明獎一等獎，目前已經有了比較成熟的工業化制造流程，我國也成為了世界上唯一一個掌握該項技術并實現工程應用的國家。

講完了C919中的3D技術，再來講講欄目中的另一個“重磅”，3D技術的原材料——钛合金。

钛合金是在上世紀50年代發展起來的一種新型結構金屬，強度高、耐腐蝕、耐熱，航天、航母艦載機都離不開它的運用。這次在C919上，钛合金使用的比例遠比以前的大多數飛機和戰鬥機都要高。它讓C919在保證“大”的同時，還保證了輕量化，極大水準降低了燃料成本。

但要說起中國的钛合金，不僅起步晚，還被當年的鍛造技術拖了後腿，發展得可謂相當坎坷。

在冷戰時期，美蘇早早就将钛合金運用在軍事核潛艇當中，而钛合金的這些技術傳入中國，則要等到美蘇都玩了12年以後了。那時，中國甚至沒幾個人聽說過這種東西，但當時有一位22歲剛畢業于上海交通大學，參加研究工作的研究員對此很好奇，開始投入對钛合金的研究，這一投入，就是一輩子。

钛合金固然好用，卻是一塊難啃的“硬骨頭”，其熔點達到了1668℃，比同條件下的金足足高了600多℃，也因此，要将钛合金鍛造為精密、大型的構件異常困難。

1979年，我國空軍需要籌備一架新的殲擊機，為此需要用到一個1分鐘需要轉動10000多次的大型钛合金底盤。但由于當時的鍛造技術怎麼都達不到精度水準，國家無奈之下打算進口國外産品。

這件事情讓那位研究員得知後，心潮難平，決心好好為民族争口氣。之後，他研制出一種名叫“高低溫交替鍛造”的新方法，不僅一舉破解了钛合金難以精準鍛造的難題，甚至還降低了鍛造難度和鍛造水準，也正是在這個時期，钛合金不僅僅用于軍用，民用用途大量激增，在假牙、關節修複、保溫杯、炒菜鍋……裡随處可見。

如今，中國成為了世界上最大的钛合金國家之一，昔日的無名小卒已經成為了現在的中國钛合金之父——曹春曉院士，他在欄目中說起上述經曆時，毫無自負和吹噓，有的隻是溫和平靜的講述。

作為中國航空材料研究的先驅，他和他的同事讓中國的钛合金從0起步，到如今多達18種處理工藝，包括熔煉、鍛造、熱處理，以及之前提到的3D打印工藝，為我國如今的C919做出了卓越的貢獻。

曹院士介紹道，在這次C919當中，钛合金的用量達到了8%，勝過波音777的7.5%一籌，略遜于美國最先進運輸機C-17的10.3%，但由于C919是我國第一架大型民用客機，要講究經濟性，所以比軍用機用得少一些。

除了飛機，钛合金在我國中航專為C919自主研發的長江1000發動機裡面也有大量運用，達到了23%，約占整體四分之一的質量，完成了輕量化。雖然長江1000從裝機測試到上市或許還要一些時間，但至少我們在“去美國化”的路上已經踏出了重要一步。

現在，曹春曉院士已有87歲高齡，在他的心髒起搏器裡也有着钛合金的存在，他笑談道：“我終生研究的東西，提高了我的生活質量。”如此一看，钛合金已經成為了曹春曉院士赤誠愛國之心的一部分，永遠不可分割。

87歲的曹春曉先生是第一代科學家，他研究出了钛合金新材料的鍛造手法，降低了使用門檻；50歲的王華明先生則是改革開放後成長起來的科學家，他研究出3D打印的新路線，讓钛合金變得更加可用、有用。

正是這樣的他們代代接力，才讓中國的科技建設越來越宏偉。而現在，又輪到新的年輕人們參與進來了，這是《院士開講》舉辦科普活動的意義，也是兩位院士共同的願望。

C919也象征着我國高端制造工業登上新的台階、距離航空強國的夢想又前進了一大步。當然，運用了多種新技術的它是否做到了盡善盡美，那還要等待時間來判斷。目前，已有可靠第三方預估C919的售價在0.8億美元左右，年銷售額有望達到80億美元，未來也或将為我國航空産業帶來約68%的增量。

現在，萬事俱備，隻欠東風！至于它何時能正式使用，帶着民衆飛上天空，僅僅隻缺你我的等待了。

#國産大飛機背後的中國黑科技#

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!