根据中国航空工业和工信部的专家组公开信息，我国歼-20战机的空重成功控制在了15吨级。而美国F-22战机的空重为19吨级。根据洛克希德·马丁公司公布的技术材料，F-22战机的空重约为19至19.6吨。相比之下，歼-20战机的空重比F-22战机轻了约30%。

虽然美国F-22战机和中国歼-20战机的设计思想和用途不同，但两个尺寸接近（中国飞机机身稍长，但机身宽度和厚度较小，翼展也较小）的飞机采用的材料也相近（钛合金的使用比例均超过空重的40%，复合材料的使用比例均超过20%）。那么为什么两款飞机的空重差距这么大呢？

F-22战斗机研制于20世纪90年代左右，由于当时的技术水平有限，许多新技术和新工艺还未成熟，导致其机身和机翼的承力结构在研制时期能够选择的余地较少。在这种情况下，F-22主要依赖于锻造和铸造加工等手段来制造机身和机翼结构。

相比之下，当时西方国家拥有的大型模锻压机吨位普遍在4-6万吨级，而F-22机身承力框体的尺寸达到了3-5平方米。这使得F-22的主承力框体非常大，远超出了这些模锻机的加工能力。因此，美国不得不将一个框体分成几个部分进行锻造，然后再采用电子束焊等手段进行拼接。虽然锻造加工的零件组织均匀，力学性能较好，但加工精度不高，体积和重量仍然偏大。

我国歼-20战斗机于2007年前后开始研制，相比于2005年装备美国空军的F-22战斗机，具有技术上的巨大优势。由于焊接在该阶段仍为不成熟的制造工艺，拼接位置必须在锻造时预留出较大的强度余量，这进一步增加了该部位的体积和重量。

然而，由于机身承力结构外形极为复杂，有时锻造也无法满足要求。为此，美国曾经采取过铸造的方法。尽管铸造件的尺寸精度较低，但在高温金属流体进入铸模时，容易与空腔中的空气和铸模本体产生的蒸汽等因素作用，导致气泡、沙眼、疏松等缺陷的产生。为了避免这些缺陷影响构件强度，设计余量通常较大。这导致了铸件体积和重量明显大于锻件。

相比之下，我国歼-20战斗机于2007年前后开始研制时，拥有更加先进的技术和设计理念，因此在某些方面可以达到甚至超越F-22战斗机的水平。

然而，我国很快就发现，虽然这些传统加工设备优于西方同类设备，但其锻件的材料利用率约为15%-25%，其中大型锻件为10%-15%，环形锻件的材料利用率仅为3%-10%。这意味着大量的昂贵金属材料变成了废屑，锻件表面缺乏致密层，纤维组织被分割，力学性能和表面完整性受到影响。此外，传统锻造技术在制造大型复杂整体结构件和精密复杂构件方面已经遇到了瓶颈。

因此，我国开始对这些设备进行改进和升级，并研究新的锻造、制造技术。通过改善和优化这些设备，我们进一步提升了材料的利用率，降低了成本和周期，提高了锻件的完整性和性能。我们在大型复杂整体结构件和精密复杂构件制造方面取得了长足的进步，所制造的机体构件等具有重量轻、结构强等诸多优点。

我国在歼-20战斗机研制过程中，不仅对传统的锻造设备进行了升级改造，还积极探索新的技术手段，如液态金属电磁约束成形技术、金属超塑成形技术、金属3D打印技术等。这些新技术的应用成就斐然，对于降低歼-20的空重，提升整体性能具有重要意义。

其中，液态金属电磁约束成形技术是一项近年来备受瞩目的新技术。它通过将电磁场应用于金属材料的熔化精炼和约束成形熔体等加工过程，提供一个高纯净、低污染、短流程的材料制备工艺。该技术主要包括冷坩埚感应熔炼技术、电磁悬浮熔炼技术、电磁铸造技术和电磁约束成形定向凝固技术。

其中，电磁约束成形定向凝固技术是一种全新的技术，与其他三种方法不同。它综合了电磁悬浮、电磁铸造等无坩埚熔炼和无模成形技术各自的优点，并结合超高梯度定向技术，形成了一种新型的材料制备技术。它可以在对材料加热熔化的同时施加约束力，控制合金液的形状，实现无坩埚熔炼、无铸型成形与凝固。同时，冷却介质与样件表面直接接触，可以更加灵活地控制冷却速率，从而控制凝固过程与凝固组织。

该技术具有以下特点：在真空下，可以同时控制金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固。它特别适用于多种截面形状和多尺寸坯件的无污染熔化、成形和凝固组织控制，并且可以用于高熔点、易氧化、高活性的特种合金的短流程制备。

相比于传统的锻造和铸造技术，液态金属电磁约束成形技术具有更多的优势和先进性，对于丰富和发展特种合金的短流程、无、少污染成形制备技术有着重要意义。此技术被国内的西北工业大学完善并在本世纪初率先应用于航空和航天工业部门。他们成功地一次性加工出带S型转弯的歼-10飞机整体式钛合金进气道等大型承力结构，无需后续加工。

这项技术有效地提高了构件的强度、尺寸精度和表面质量，同时明显降低了构件的体积和重量，提高了生产效率。

此外，该技术还被推广应用于歼-10B/C、歼20等飞机，以及航空发动机涡轮叶片等高温端零部件的制造，进一步降低了战机空重。在航天科技集团和航天科工集团，该技术还被用于中、大型火箭和导弹壳体的一次成型整体加工，取得了与航空工业相似的效果。

金属超塑成形技术是一种整体结构成形的工艺技术，它利用具有特定显微组织的金属或合金，在适当的温度和压力下，具有较大的材料延伸率和良好的扩散性能的特点，可以成形整体空心结构。

目前，金属超塑成形方法主要包括气胀成形（吹塑成形）超塑性拉深、超塑模锻，以及超塑成形/扩散焊接组合工艺(SPF/DB)超塑成形/激光焊接组合工艺(SPF/LW)以及超塑成形/搅拌摩擦焊组合工艺(SPF/FSW)等。其中，气胀成形的研究已日趋成熟，而超塑成形与焊接技术的组合应用则引起了人们广泛关注。主要集中在焊接类型的选择、焊接参数的控制、焊接对于超塑性力学特征和组织的影响等方面的研究也十分重要。超塑成形与扩散焊接(SPF/DB)是最先在飞行器构件上应用的一种组合工艺技术，它具有成形压力小、模具寿命长、可一次精密成形、成形质量好等优点。例如，TC4的SPF/DB技术既可以克服TC4钛合金加工成形困难的缺点，又可以制造多层空心的轻量化结构，该工艺在航空、航天发动机和飞行器结构件制造方面有独特的技术优势，获得了广泛的应用。

随着航空航天工业的不断发展，传统的扩散连接方法暴露出一些限制和不足。近年来，国内外研究和生产单位积极寻找替代扩散连接的其他焊接方法，并与超塑成形工艺组合使用，对不同的焊接接头超塑性能力和零件性能等方面进行了研究。其中，超塑成形/激光焊接组合工艺和超塑成形/搅拌摩擦焊组合工艺等被广泛使用。

采用这类组合工艺技术成形钛合金空心结构与一般的机械加工相比，具有许多优点。它的尺寸精度高，生产周期短，制造成本低，减重效果明显。此外，结构完整性较高，结构设计自由度增大。由于其优良的成形工艺特性，世界各主要国家都在大力推广其在航空军事领域的应用，取得了显著效果。目前，国内开展这类技术研究的单位包括北京航空制造工程研究所、航空工业一飞院、沈飞、成飞等厂所和西工大、北航、中南工大、哈工大、南航等高校的重点试验室等，多家单位已经完成相关技术的工程化工作并在国内航空航天领域内实现了批量生产和应用。其应用领域包括飞机机翼、垂尾、操纵舵、舱门、口盖，骨架、发动机风扇叶片、燃料贮箱等。

3D打印技术也称为“增材制造”技术或“增量制造”技术，是一种利用数字化技术将材料逐层堆积并实现构件无模成形的制造技术。该技术通过将“材料制备/精确成形”有机结合，将三维复杂形状的零件制造离散为简单的二维平面形状的逐层叠加，为设计人员实现奇思妙想提供了有效途径，特别是可以实现高性能或超常性能构件和结构。此外，增材制造技术还可以大幅度缩短生产周期、降低制造成本、节省材料消耗和加工制造费用。这些优势使得增材制造技术成为制造业变革的可能，并在重大武器装备研制、生产和使用中具有广泛应用前景。

目前，金属3D打印技术在航空航天、医疗、生物、建筑等领域都有着广泛的应用。例如，在航空航天领域中，金属3D打印技术可以用于制造高性能的航空发动机、飞机机翼、垂尾、操纵舵、舱门、口盖、骨架、发动机风扇叶片、燃料贮箱等零部件。在医疗领域中，金属3D打印技术可以用于制造医用假肢和医用支架等医疗器械。在生物领域中，金属3D打印技术可以用于制造人工骨骼等生物医学设备。在建筑领域中，金属3D打印技术可以用于制造复杂的建筑结构件和建筑装饰件等。

高性能金属构件直接制造技术采用高功率激光束（或电子束）对粉末或丝材进行逐层熔化/凝固堆积，直接制造出致密金属零件。这项技术难度很大，迄今为止，国外只有少数公司突破了小型金属构件激光直接制造技术。我国先后成功地攻克了飞机次承力钛合金复杂结构件、大型主承力钛合金结构件的工程化应用技术，这些构件甚至能承受8平方米左右的重量。该技术的实际应用考核在某型飞机上全部顺利通过，使中国成为继美国之后，世界上第二个掌握飞机次承力钛合金复杂结构件工程化技术并实现在飞机上应用的国家。其他国家还未能突破大型主承力构件激光直接制造及应用关键技术。因此，高性能金属构件直接制造已成为增材制造技术的重要发展方向之一。

在国家的持续支持和重大工程的需求下，我国已经形成了完整的3D打印技术体系，并在某些领域达到了国际领先水平，在其他领域也达到了国际先进水平。我国具备了跨越式快速发展的良好基础，朝着更高的目标迈进。

近年来，在3D打印材料科学基础方面进行了系统深入的研究，开发出了一系列3D打印非金属材料。金属3D打印技术已经达到了非常优异的力学性能。此外，研制了一批先进的工艺装备，如光固化、激光选区烧结、激光选区熔化、激光沉积成形、熔融沉积、电子束制造等。这些工艺装备已被广泛应用于航空发动机零件制造、飞机功能件和承力件制造、航天复杂结构件制造、汽车和家电行业新产品研发以及个性化医疗等领域。

目前，3D打印技术已经涌现出几十家设备制造与服务企业，为多个行业新产品的快速开发和创新设计提供了支持。值得一提的是，西北工业大学、航空制造研究所和北京航空航天大学等单位在大型金属零件激光及电子束熔化沉积增材制造工艺、装备及应用技术等研究方面，取得了国际先进的研究成果。

其中，西北工业大学于1995年在国内率先提出激光立体成形的技术构思，将增材成形原理与送粉式激光熔覆相结合，形成了一种可获得具有锻件力学性能的复杂结构金属零件的快速自由成形技术。

1997年，“金属粉材激光立体成形的熔凝组织与性能研究”获得航空科学基金重点项目资助，这是中国金属增材制造领域第一个正式立项的科研项目。

2001年，“多材料任意复合梯度结构材料及其近终成形”项目获得国家863计划资助，该技术于2005年被应用于我国研制的首台推重比10航空发动机轴承后机匣制造，为该发动机按时装机试车做出了关键贡献。该零件下部为In961合金铸件，上部为GH remained高温合金激光立体成形件，是以铸件为基材，异种材质增材制造的首个应用案例。西北工业大学首先研制出五轴联动的专用激光立体快速成形机，并实现了商业化销售。2006年，LSF-III型装备被售与航天306所。

近年来，在西北工业大学的增材制造技术的支持下，西安铂力特激光成形技术有限公司迅速发展，并为中国商飞提供了激光增材制造的大型钛合金机翼梁。经过材料性能、结构性能、零件取样性能测试和大部件破坏性测试等所有环节的力学性能测试，该产品的所有性能指标都满足了设计要求。尤其是疲劳性能优于锻件，强度一致性高于2%，远高于商飞的要求。此外，多型飞机，如运-20、歼-10B/C、歼-20等，也采用了该技术生产零部件。

此外，北京航空航天大学、航空工业沈阳所、航空工业一飞院以及沈飞、成飞、西飞公司等单位“产学研”密切结合，突破了钛合金、超高强度钢等材料的大型关键构件激光熔化沉积增材制造工艺、装备、标准和应用关键技术。他们研制出了目前世界上最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备，可加工尺寸达到8左右的构件。同时，他们还研制出了30余种钛合金及超高强度钢大型整体关键主承力构件，成功解决了C919、歼-15、歼-20、“鹘鹰”等多型飞机研制中的瓶颈难题。这一成就被授予2012年度“国家技术发明一等奖”。

利用3D打印技术生产的零部件具有与锻件相当甚至更高的力学性能，并且尺寸精度更高，同时体积重量更小。例如，《科技日报》2017年7月11日报道，我国最近试飞成功的C919中型客机机身部段采用了3D打印技术，生产的零件重量仅为136千克，而采用传统锻造生产的重量则达到1607千克。

这些新技术的使用使得歼-20战机在减轻空重、增强机体结构、提升战机性能方面得到了显著提升。由此可以看出，中国在航天、飞机等研究制造领域的飞速发展和巨大成就，后来者居上。歼-20在机动性等方面相比于同级飞机而言，具有更大的优势，作战能力更强。