中国又叒实现美军PPT规划!一天几千发也没问题：3D打印发动机成功

这次中国突破的不是工业皇冠上的明珠，而是将明珠变成白菜以及为未来超大规模生产做好准备的技术，3D打印航空发动机，这是一种将巡飞弹提升到巡航导弹级别的重要装备，同时也可以让这种高等级巡飞弹流水线生产的必要技术！

这么形容吧，2024年美国国防部提出的百万架“复制者”无人机计划，美国这边还没谱，中国这边的大规模量产技术已经铺垫好了，这又是一个美国提出PPT，中国来实现的完美配合，接下来美国的PPT也用完了，未来中国只能自己写PPT了！

3D打印涡喷发动机试飞：太不容易了

先来一波央视原版新闻报道，铺垫下这款航发的使用背景以及相关能公开的部分数据：

由中国航发自主研制的3D打印极简涡喷发动机，圆满完成首次单发飞行试验，标志着3D打印发动机在工程应用领域取得重要突破。本次飞行试验持续30分钟，飞行高度达6000米。该款发动机超过四分之三重量的零件都是3D打印制造，大幅减少了零件数量，实现了轻量化、高性能的设计目标，为下步更高高度与速度飞行打下坚实基础。

据此前中国航发的相关报道，这款3D打印的极简轻质微型涡喷发动机的推力达到了160公斤级，作为微型涡喷来说，这个推力已经相当大了！

中国航发动研所总师办主任米栋表示，这次单发飞行试验成功，表明发动机在更高的飞行高度以及更复杂环境下的可靠性得到了进一步验证，检验了发动机与飞行器的适配性，可为巡飞弹、无人机、靶机等平台提供新型动力解决方案，展现出良好的应用前景。

估计有了解涡喷发动机的朋友已经意识到这个突破性进展到底意味着什么了，因为在大家的印象中，3D打印，在金属领域一般指的就是激光增材制造，大部分情况下因为精度问题，可以用作结构件是没问题的，但用在要求极其精密的涡喷发动机转动部件场合也忒狠了吧！

稍稍有点常识的朋友都知道，就算是最简单的涡喷发动机，对涡轮的加工精度要求是极高的，更不要说是160公斤级的涡喷发动机。

涡喷发动机根据其压气级结构，一般有离心式与轴流式两种，发动机整体结构主要分为压气级、燃烧室、高温涡轮以及尾喷口等主要结构，大致如下图：

上图就是轴流式涡喷发动机的基本结构，有多级压气级，气流从从低压压气级流入，经过多级压气级压缩后到高压压气级，最后高压气流到燃烧室喷入雾化燃料点燃、高温燃气推动高温涡轮工作后从尾喷口排出形成动力，而高温涡轮的旋转则成为带动发动机从低压压气级到高压压气级工作的动力，形成自持。

这种发动机结构比较复杂，好在推重比比较大，一般像战斗机这种需要高推重比的场合大都使用轴流式，比如我国早期的歼-6、歼-7以及歼-8等用的都是这种轴流式涡喷发动机。但是有些场合的发动机推力并不需要那么大，但结构复杂度以及重量等控制要求比较高，比如在无人机和靶机或者巡航导弹，一次性使用的场合对成本要求更高，所以往往会选择另一种离心式涡喷发动机。

上图是一个离心式涡喷发动机的动图，气流从前方经过高速旋转的离心涡轮后被压缩，经过周围的气流通道进入“环形燃烧室”，喷入雾化燃料后点燃，高温燃气流经过推动高温涡轮后从尾喷口排出形成动力。这种离心式涡喷发动机比轴流式要简单的多，中小型推力的喷气式发动机大都是这个结构。

不过有一个事实必须要说明下，无论是轴流式还是离心式，对于压气级风扇叶片以及离心涡轮的加工要求极高，原因也非常简单，这个涡轮的转速极高，一般中小型轴流式涡喷的压气级转速在20000 - 45000r/min左右，离心式更高，中小型微型离心式的涡轮转速在46000 - 90000r/min。

上过中学物理的朋友都知道，转速越高，对涡轮的动平衡要求就越高，涡轮都是五轴机床加工的，用的就是一整块铝，然后使用洗削加工出一个非常精致的离心涡轮，很多男生特别喜欢看这个加工过程，也有男生把这种发动机结构模型放在书桌上当摆件，有一种看起来狂野的赛博朋克机械美。一般而言，在这种场合下工作的离心涡轮精度要求如下：

型面、轮毂表面的公差需控制在 ±0.005 - ±0.01mm；

离心涡轮压气机叶片，加工精度甚至能达到 ±0.005mm；

榫头与榫槽的配合间隙需严格保持在 0.01 - 0.03mm

了解机械加工的朋友都知道，一般的五轴加工中心精度大概在±0.005mm - ±0.02mm，这个涡轮叶片到了五轴加工中心的极限，当然更高精度的也不是没有，就是精度越高每小时加工的成本自然也就越高了。

以加工直径200毫米、精度±0.005mm的离心涡轮为例，整体单件加工工时通常在12-30小时左右，按普通五轴加工中心每小时加工费用大概在90~300元左右，那么这个涡轮的费用至少也得在1千以上，这个成本还是相当高的。

中国的增材制造怎么就能搞出那么高精度？

上文已经说了，所谓的3D打印对于金属件来说就是激光增材制造，简单一点理解就是将融化的金属层层堆叠，半固化后继续上一层，形成一个连续的、比较致密的金属结构，可以制造结构极其复杂的工件，比如无法用切削或者铸造或者冲压以及粉末冶金等制造的工件，多孔不规则蜂窝件，就无法用传统方式制造。

另一个是大型结构件，比如战斗机的发动机承力框，铣削的话，差不多是一块大的钛合金板材，然后切消掉90%，剩下一点点作为发动机的受力框架，材料浪费，加工周期长，成本极高，这种模式下用激光快速成型显然可以做到性价比最高。

激光增材制造优势相当明显，但缺点也显而易见，首先就是其制造方式，一般都是粉末金属材料融化后层层堆积，可能会没有完全融化或者夹杂微小气孔，形成细微结构缺陷；另一个是增材制造无法加压，所以增材制造件没有致密结构；还有一个问题是增材制造无法做到高精度，因为融化的金属要控制精度难度很大，通常用在结构件制造上，很少会用在需要高精度配合的场合。

激光增材制造一般有两种类型，分别是粉末床熔融类和直接能量沉积类，其中在粉末床熔融类下有一种选择性激光熔化（SLM）的工艺精度可以做到很高，其专门针对钛合金、不锈钢、铝合金等金属粉末原料进行加工，通过激光熔融金属粉末并逐层凝固，最终成型的零件致密度接近100%，力学性能可媲美甚至优于传统铸造、锻造的金属零件，能直接用于工业级零部件生产。

这种工艺的最高精度可以达到0.05mm以下，当然这个距离要求极高的离心涡轮似乎还有点距离，如果精度要求不够高，还能通过铣削加工进一步提高精度，在增材制造后再进行精加工，那工时会下降一个数量级，综合成本大大下降。

综合分析来看，11月13日公布的3D打印极简轻质微型涡喷发动机，其3D打印工艺有可能是选择性激光熔化（SLM），同时通过设计阶段的拓扑优化与数字建模以及打印过程的工艺闭环控制获得高精度模胚，然后通过铣削获得高精度涡轮。

中国又叒实现美军PPT规划：走美国的路，让美国无路可走

估计看到这里，很多朋友依然不知道中国这样使劲折腾到底是为什么？这么说吧，一台能加工离心涡轮的五轴加工中心成本怎么都下不来，国产的大概在50~300万之间，进口的大概在200~500万左右，并且在可见的未来这个成本很难再降低了，因为这个加工中心的复杂度太高。

但是激光增材制造成本却在快速下降，随着激光器件的成本快速下降，这种设备普及度已经很高。比如家用的3D打印大都是塑胶件，这种虽然用不到激光打印，但原理类似。而金属件的增材制造比起前些年来已经大幅度下降，其成本下降趋势要远比加工中心来得迅猛

了解这个背景的目的就是要让各位知道，一旦“极简轻质微型涡喷发动机”的制造铺开，那么用激光增材制造的速度将远比铣削加工要快得多，并且成本也要低得多，一天就生产出几千台的可能性是极高的。

这种发动机是巡飞弹、无人机、靶机的动力，这么说吧，现代的巡飞弹大都是螺旋桨作为动力，其最高速度大概在200公里/小时左右，基本已经到极限了，俯冲可能会快点，但因为螺旋桨因素，这个速度提高也是有限的。

如果将巡飞弹的动力换成涡喷发动机，那么其速度可以轻易达到高亚音速，比如在800~900千米/小时的速度，这个速度其实够用了，巡飞弹组要是省油长航时巡飞，可以用螺旋桨与喷气式结合，长航程用螺旋桨，高速飞行将螺旋桨折叠用喷气式动力。甚至可以超音速飞行，各位有听过超音速的巡飞弹吗？这个就有点恐怖了吧！

更可怕的是其生产速度，目前的巡飞弹用的大都是无刷电机（微型），或者活塞发动机，比如伊朗生产的小摩托，这类活塞发动机大都是航空活塞发动机，空燃比可调以适应不同高度飞行，结构一点都不简单，其生产速度受到各种制约，要是能3D打印发动机，这个瓶颈将被直接解决，每天几千台甚至数万台的巡飞弹，乌央乌央的飞向敌人阵地，估计上帝见了也只能祷告。

2024年8月，美国国防部副部长凯瑟琳·希格斯在华盛顿的国防创新论坛上正式宣布了“Replicator”（复制者）计划的诞生，这个计划是打算在未来2年内生产数百万架无人机和无人艇，在未来台海危机期间，从空中、水面与水下对中国发起全面攻击。

比较有趣的是2年过去了，这数百万架无人机影子都没有，甚至连无人机的方向都还没定下来！而无人艇则更有趣，在美国防部投标成功的两家承包商，今年6~7月份测试水面无人艇时竟然双双发生撞船事故，其中一次还差点把测试工程师的船给撞翻了，搞得美国防部一点脾气都有。

简单一点说就是2年的时间过去了，但这复制者计划却毫无进展，有的只是大把花钱！从93阅兵后，全世界都意识到，中国公开的那一系列无人机、无人艇、无人潜艇、无人战车与机器狗等都是成体系的，已经把美国当年提出的全域作战模式的PPT给实现了。

而这次又突破了3D打印航空发动机，这意味着制约无人装备生产最大的因素发动机也彻底解决了，也就是说目前横亘在中国暴兵计划面前的所有障碍都已经清除，唯一的拦路虎只是找个适当的理由，所以请高市早苗说话算话啊，千万别怂！中国在所有方向上用兵都有很重的心理负担，唯独对日本是完全没有！年轻的将士们希望建立功勋，日本方向可能是唯一的机会了！