3D打印“神器”助力航天飛行器產(chǎn)品制造

來源：北京日報

導(dǎo)讀：飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品“無模具”制造,，生產(chǎn)效率提高一倍,，在確保性能不下降的基礎(chǔ)上,，成本降低近一半,，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中加工時間長,、質(zhì)量管控難度大,、成本高等難題,，通過3D打印一體化成型技術(shù)，數(shù)字化制造能力大幅提升,。

近日,，中國航天科工集團(tuán)有限公司二院二部實現(xiàn)某型飛行器產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)3D打印集成制造，這是3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域飛行器研制中的重要里程碑,，進(jìn)一步提升了飛行器輕量化水平,，為未來新一代飛行器發(fā)展提供了有力支撐。

二部專家介紹,，航天飛行器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件多,，生產(chǎn)周期長、成本高,。此前,，一套復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的部件常常由數(shù)十個零件組成，每個零件都要建立三維模型并設(shè)計“個性化”的工藝流程,，隨后在數(shù)字機床上逐一進(jìn)行生產(chǎn)加工,，生產(chǎn)周期往往按月計算。同時,，由于“車銑刨磨”等傳統(tǒng)機加工藝的限制,，要讓飛行器“瘦身減肥”很困難，直接影響飛行器的性能提升,。有時候,，結(jié)構(gòu)設(shè)計師為了減少幾克的重量也是煞費苦心。

如今,，通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)面向增材制造的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造,，可使復(fù)雜部件的零件數(shù)大幅減少，通過一體化三維建模后導(dǎo)入3D打印機中直接成型,，一臺打印機可實現(xiàn)多個零件的同時打印,，制造時間從幾個月縮短到十余天。同時,，隨著零件數(shù)量的減少,，部件裝配環(huán)節(jié)也更簡化, 結(jié)構(gòu)可靠性和裝配效率大幅提升。

通過基于3D 打印的優(yōu)化設(shè)計,，設(shè)計師可突破“車銑刨磨”等傳統(tǒng)機械加工工藝限制,，選擇采用網(wǎng)狀支撐,、空心流道等更加優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式。相比傳統(tǒng)棒料或管料的機加方式,，現(xiàn)在可通過“一次成型,、少量加工”實現(xiàn)高效生產(chǎn)。針對“一次成型”的3D打印產(chǎn)品,，只需要對結(jié)構(gòu)安裝面等表面精度要求比較高的局部部位進(jìn)行少量精加工即完成零件生產(chǎn),，從而大幅提升生產(chǎn)效率。

二部3D打印青年創(chuàng)新工作室負(fù)責(zé)人金先生表示,，團(tuán)隊一直緊跟國內(nèi)外3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢,，積極開展新技術(shù)、新方法,、新工藝的學(xué)習(xí)與應(yīng)用,牽頭解決了多個項目結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與一體化制造難題,，力爭為先進(jìn)飛行器打造更輕、更強,、更耐熱的“鋼筋鐵骨”,。

3D打印技術(shù)是以金屬粉末、金屬絲為原材料,，通過逐層打印,、堆積成型的方式實現(xiàn)構(gòu)件一體化成型的制造技術(shù)，涉及數(shù)字建模,、機電控制,、材料科學(xué)與工藝技術(shù)等多個領(lǐng)域的交叉融合，具有成型精度高,、制造周期短,、可成型復(fù)雜外形和中空結(jié)構(gòu)的特點，可滿足航天產(chǎn)品“輕量化,、高性能,、快速研制”的設(shè)計與制造需求，被認(rèn)為是航天領(lǐng)域未來結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)變革方向之一,。

在過去的“十三五”期間,，二部緊跟3D打印技術(shù)發(fā)展步伐，開展面向增材制造的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用探索, 在復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模技術(shù),、優(yōu)化仿真分析技術(shù),、數(shù)字化制造仿真技術(shù)、新材料應(yīng)用等方面開展了研究工作,。以“賽”“研”“用”等多種形式,，鍛煉設(shè)計師隊伍，多次組織團(tuán)隊參加全國3D打印設(shè)計大賽并屢創(chuàng)佳績,。

二部結(jié)構(gòu)室相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,，科技人員在提高設(shè)計應(yīng)用能力的同時,，將經(jīng)驗固化形成《面向增材制造的結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》等知識成果,，使增材制造和優(yōu)化設(shè)計的理念深入人心,，并且在項目研制中取得了良好實效。

后續(xù),，二部將持續(xù)推動基于3D打印技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計,、應(yīng)用和產(chǎn)品創(chuàng)新，加強一體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計,、分析,、制造、性能驗證等基礎(chǔ)能力建設(shè),，促進(jìn)新一代航天飛行器結(jié)構(gòu)性能提升,。