中國又叒實現美軍PPT規劃!一天幾千發也沒問題：3D打印發動機成功

這次中國突破的不是工業皇冠上的明珠，而是將明珠變成白菜以及為未來超大規模生產做好準備的技術，3D打印航空發動機，這是一種將巡飛彈提升到巡航導彈級別的重要裝備，同時也可以讓這種高等級巡飛彈流水線生產的必要技術！

這么形容吧，2024年美國國防部提出的百萬架“復制者”無人機計劃，美國這邊還沒譜，中國這邊的大規模量產技術已經鋪墊好了，這又是一個美國提出PPT，中國來實現的完美配合，接下來美國的PPT也用完了，未來中國只能自己寫PPT了！

3D打印渦噴發動機試飛：太不容易了

先來一波央視原版新聞報道，鋪墊下這款航發的使用背景以及相關能公開的部分數據：

由中國航發自主研制的3D打印極簡渦噴發動機，圓滿完成首次單發飛行試驗，標志著3D打印發動機在工程應用領域取得重要突破。本次飛行試驗持續30分鐘，飛行高度達6000米。該款發動機超過四分之三重量的零件都是3D打印制造，大幅減少了零件數量，實現了輕量化、高性能的設計目標，為下步更高高度與速度飛行打下堅實基礎。

據此前中國航發的相關報道，這款3D打印的極簡輕質微型渦噴發動機的推力達到了160公斤級，作為微型渦噴來說，這個推力已經相當大了！

中國航發動研所總師辦主任米棟表示，這次單發飛行試驗成功，表明發動機在更高的飛行高度以及更復雜環境下的可靠性得到了進一步驗證，檢驗了發動機與飛行器的適配性，可為巡飛彈、無人機、靶機等平臺提供新型動力解決方案，展現出良好的應用前景。

估計有了解渦噴發動機的朋友已經意識到這個突破性進展到底意味著什么了，因為在大家的印象中，3D打印，在金屬領域一般指的就是激光增材制造，大部分情況下因為精度問題，可以用作結構件是沒問題的，但用在要求極其精密的渦噴發動機轉動部件場合也忒狠了吧！

稍稍有點常識的朋友都知道，就算是最簡單的渦噴發動機，對渦輪的加工精度要求是極高的，更不要說是160公斤級的渦噴發動機。

渦噴發動機根據其壓氣級結構，一般有離心式與軸流式兩種，發動機整體結構主要分為壓氣級、燃燒室、高溫渦輪以及尾噴口等主要結構，大致如下圖：

上圖就是軸流式渦噴發動機的基本結構，有多級壓氣級，氣流從從低壓壓氣級流入，經過多級壓氣級壓縮后到高壓壓氣級，最后高壓氣流到燃燒室噴入霧化燃料點燃、高溫燃氣推動高溫渦輪工作后從尾噴口排出形成動力，而高溫渦輪的旋轉則成為帶動發動機從低壓壓氣級到高壓壓氣級工作的動力，形成自持。

這種發動機結構比較復雜，好在推重比比較大，一般像戰斗機這種需要高推重比的場合大都使用軸流式，比如我國早期的殲-6、殲-7以及殲-8等用的都是這種軸流式渦噴發動機。但是有些場合的發動機推力并不需要那么大，但結構復雜度以及重量等控制要求比較高，比如在無人機和靶機或者巡航導彈，一次性使用的場合對成本要求更高，所以往往會選擇另一種離心式渦噴發動機。

上圖是一個離心式渦噴發動機的動圖，氣流從前方經過高速旋轉的離心渦輪后被壓縮，經過周圍的氣流通道進入“環形燃燒室”，噴入霧化燃料后點燃，高溫燃氣流經過推動高溫渦輪后從尾噴口排出形成動力。這種離心式渦噴發動機比軸流式要簡單的多，中小型推力的噴氣式發動機大都是這個結構。

不過有一個事實必須要說明下，無論是軸流式還是離心式，對于壓氣級風扇葉片以及離心渦輪的加工要求極高，原因也非常簡單，這個渦輪的轉速極高，一般中小型軸流式渦噴的壓氣級轉速在20000 - 45000r/min左右，離心式更高，中小型微型離心式的渦輪轉速在46000 - 90000r/min。

上過中學物理的朋友都知道，轉速越高，對渦輪的動平衡要求就越高，渦輪都是五軸機床加工的，用的就是一整塊鋁，然后使用洗削加工出一個非常精致的離心渦輪，很多男生特別喜歡看這個加工過程，也有男生把這種發動機結構模型放在書桌上當擺件，有一種看起來狂野的賽博朋克機械美。一般而言，在這種場合下工作的離心渦輪精度要求如下：

型面、輪轂表面的公差需控制在 ±0.005 - ±0.01mm；

離心渦輪壓氣機葉片，加工精度甚至能達到 ±0.005mm；

榫頭與榫槽的配合間隙需嚴格保持在 0.01 - 0.03mm

了解機械加工的朋友都知道，一般的五軸加工中心精度大概在±0.005mm - ±0.02mm，這個渦輪葉片到了五軸加工中心的極限，當然更高精度的也不是沒有，就是精度越高每小時加工的成本自然也就越高了。

以加工直徑200毫米、精度±0.005mm的離心渦輪為例，整體單件加工工時通常在12-30小時左右，按普通五軸加工中心每小時加工費用大概在90~300元左右，那么這個渦輪的費用至少也得在1千以上，這個成本還是相當高的。

中國的增材制造怎么就能搞出那么高精度？

上文已經說了，所謂的3D打印對于金屬件來說就是激光增材制造，簡單一點理解就是將融化的金屬層層堆疊，半固化后繼續上一層，形成一個連續的、比較致密的金屬結構，可以制造結構極其復雜的工件，比如無法用切削或者鑄造或者沖壓以及粉末冶金等制造的工件，多孔不規則蜂窩件，就無法用傳統方式制造。

另一個是大型結構件，比如戰斗機的發動機承力框，銑削的話，差不多是一塊大的鈦合金板材，然后切消掉90%，剩下一點點作為發動機的受力框架，材料浪費，加工周期長，成本極高，這種模式下用激光快速成型顯然可以做到性價比最高。

激光增材制造優勢相當明顯，但缺點也顯而易見，首先就是其制造方式，一般都是粉末金屬材料融化后層層堆積，可能會沒有完全融化或者夾雜微小氣孔，形成細微結構缺陷；另一個是增材制造無法加壓，所以增材制造件沒有致密結構；還有一個問題是增材制造無法做到高精度，因為融化的金屬要控制精度難度很大，通常用在結構件制造上，很少會用在需要高精度配合的場合。

激光增材制造一般有兩種類型，分別是粉末床熔融類和直接能量沉積類，其中在粉末床熔融類下有一種選擇性激光熔化（SLM）的工藝精度可以做到很高，其專門針對鈦合金、不銹鋼、鋁合金等金屬粉末原料進行加工，通過激光熔融金屬粉末并逐層凝固，最終成型的零件致密度接近100%，力學性能可媲美甚至優于傳統鑄造、鍛造的金屬零件，能直接用于工業級零部件生產。

這種工藝的最高精度可以達到0.05mm以下，當然這個距離要求極高的離心渦輪似乎還有點距離，如果精度要求不夠高，還能通過銑削加工進一步提高精度，在增材制造后再進行精加工，那工時會下降一個數量級，綜合成本大大下降。

綜合分析來看，11月13日公布的3D打印極簡輕質微型渦噴發動機，其3D打印工藝有可能是選擇性激光熔化（SLM），同時通過設計階段的拓撲優化與數字建模以及打印過程的工藝閉環控制獲得高精度模胚，然后通過銑削獲得高精度渦輪。

中國又叒實現美軍PPT規劃：走美國的路，讓美國無路可走

估計看到這里，很多朋友依然不知道中國這樣使勁折騰到底是為什么？這么說吧，一臺能加工離心渦輪的五軸加工中心成本怎么都下不來，國產的大概在50~300萬之間，進口的大概在200~500萬左右，并且在可見的未來這個成本很難再降低了，因為這個加工中心的復雜度太高。

但是激光增材制造成本卻在快速下降，隨著激光器件的成本快速下降，這種設備普及度已經很高。比如家用的3D打印大都是塑膠件，這種雖然用不到激光打印，但原理類似。而金屬件的增材制造比起前些年來已經大幅度下降，其成本下降趨勢要遠比加工中心來得迅猛

了解這個背景的目的就是要讓各位知道，一旦“極簡輕質微型渦噴發動機”的制造鋪開，那么用激光增材制造的速度將遠比銑削加工要快得多，并且成本也要低得多，一天就生產出幾千臺的可能性是極高的。

這種發動機是巡飛彈、無人機、靶機的動力，這么說吧，現代的巡飛彈大都是螺旋槳作為動力，其最高速度大概在200公里/小時左右，基本已經到極限了，俯沖可能會快點，但因為螺旋槳因素，這個速度提高也是有限的。

如果將巡飛彈的動力換成渦噴發動機，那么其速度可以輕易達到高亞音速，比如在800~900千米/小時的速度，這個速度其實夠用了，巡飛彈組要是省油長航時巡飛，可以用螺旋槳與噴氣式結合，長航程用螺旋槳，高速飛行將螺旋槳折疊用噴氣式動力。甚至可以超音速飛行，各位有聽過超音速的巡飛彈嗎？這個就有點恐怖了吧！

更可怕的是其生產速度，目前的巡飛彈用的大都是無刷電機（微型），或者活塞發動機，比如伊朗生產的小摩托，這類活塞發動機大都是航空活塞發動機，空燃比可調以適應不同高度飛行，結構一點都不簡單，其生產速度受到各種制約，要是能3D打印發動機，這個瓶頸將被直接解決，每天幾千臺甚至數萬臺的巡飛彈，烏央烏央的飛向敵人陣地，估計上帝見了也只能禱告。

2024年8月，美國國防部副部長凱瑟琳·希格斯在華盛頓的國防創新論壇上正式宣布了“Replicator”（復制者）計劃的誕生，這個計劃是打算在未來2年內生產數百萬架無人機和無人艇，在未來臺海危機期間，從空中、水面與水下對中國發起全面攻擊。

比較有趣的是2年過去了，這數百萬架無人機影子都沒有，甚至連無人機的方向都還沒定下來！而無人艇則更有趣，在美國防部投標成功的兩家承包商，今年6~7月份測試水面無人艇時竟然雙雙發生撞船事故，其中一次還差點把測試工程師的船給撞翻了，搞得美國防部一點脾氣都有。

簡單一點說就是2年的時間過去了，但這復制者計劃卻毫無進展，有的只是大把花錢！從93閱兵后，全世界都意識到，中國公開的那一系列無人機、無人艇、無人潛艇、無人戰車與機器狗等都是成體系的，已經把美國當年提出的全域作戰模式的PPT給實現了。

而這次又突破了3D打印航空發動機，這意味著制約無人裝備生產最大的因素發動機也徹底解決了，也就是說目前橫亙在中國暴兵計劃面前的所有障礙都已經清除，唯一的攔路虎只是找個適當的理由，所以請高市早苗說話算話啊，千萬別慫！中國在所有方向上用兵都有很重的心理負擔，唯獨對日本是完全沒有！年輕的將士們希望建立功勛，日本方向可能是唯一的機會了！