中國航天科工三院239廠金屬增材制造團隊新技術研發(fā)側記

來源：中國航天科工三院239廠

導讀：航天型號研制階段的模型變化時有發(fā)生,，如何才能滿足快速研制的需求？增材制造技術可實現(xiàn)從三維模型到產品的無模直接成形,，是精密復雜航天產品快速研制和優(yōu)質高效制造的最佳技術途徑之一,。

中國航天科工三院239廠自2015年發(fā)展金屬增材制造技術以來，相繼突破大尺寸構件電弧增材制造和異型薄壁復雜構件四光束激光選區(qū)增材制造的形性控制等關鍵技術,，向著高質量發(fā)展的目標展開了一場生動實踐,。南極熊獲悉，近日,，239廠電弧增材及復合制造的相關技術成果榮獲2021年度省部級獎勵一等獎,，為深化先進制造技術應用、推動企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展付出的努力,，收獲了滿滿回報,。

△采用激光選區(qū)熔化增材制造的“誰羽爭峰”和筆筒工藝品，羽毛球和球拍栩栩如生,，壁厚僅1.0mm,，充分體現(xiàn)了高科技帶來的精致感。

國內沒有,，就自己開發(fā)
2015年,，239廠總工藝師張鐵軍帶隊前往華中科技大學調研先進制造技術�,！半娀∪劢z增材制造技術十分符合總裝廠高效低成本研制生產需求,，也符合我們‘差異化、核心化,、高端化,、優(yōu)勢化、產業(yè)化’的技術發(fā)展思路,，我們必須引進這項新技術,。”張鐵軍決定立即組織開展可行性論證等工作,，盡快研制出國內首臺套工程化應用的電弧熔絲增材制造裝備,。

“當時國內沒有電弧增材商業(yè)軟件，我們就自己開發(fā),。金屬增材制造團隊中沒有既懂工藝又懂軟件的,，開始的時候非常艱難�,！�239增材專業(yè)主任工藝師,、研究員王志敏說。

“不懂沒問題，我們畫示意圖,，湊在一起討論軟件框架和技術細節(jié),。”增材工藝員何智帶領團隊快速突破電弧增材自動控制軟件開發(fā),、增材鋁合金內部氣孔抑制,、大尺寸結構件成形精度與變形制等多項關鍵技術。

電弧增材制造技術從傳統(tǒng)的弧焊發(fā)展而來,，用電弧熱將絲材熔化并按預定軌跡逐層堆積成金屬結構件,，有著研制周期短、沉積效率高,、設備成本及運行成本低,、材料利用率高等特點。

除電弧增材制造技術之外,，239廠于2018年成功研制當時世界上最大的四光束激光選區(qū)熔化增材制造裝備,，填補了國際上可工程化應用的最大成形尺寸的四光束激光選區(qū)熔化成形高端裝備集成制造空白。

激光選區(qū)熔化技術通過實戰(zhàn)考核
對于企業(yè)來說,，新技術通過型號產品的考核驗證才是最終目的,。一次，增材制造技術團隊接到任務,，需要制定全新的增材制造工藝方案,、全新的增材制造工藝參數(shù)以及全新的熱處理制度，這給團隊帶來了挑戰(zhàn),。

“這種結構是未來產品的代表,，啃下了這塊硬骨頭，那必然將更好地支撐型號發(fā)展,�,！碧胤N加工中心主任李宏偉說�,！斑@個地方肯定會變形,，得想辦法給他拉住了�,！比霃S不久的蘇江舟和干建寧對著仿真云圖交流優(yōu)化方案,。工藝人員大膽創(chuàng)新，在設計上利用“弱化骨架+點陣填充”相結合,，打印前通過數(shù)值模擬仿真預測變形趨勢,。

團隊成員從激光選區(qū)熔化增材制造工藝參數(shù)的摸索、到產品整體增材制造擺放方案的數(shù)值仿真模擬分析,，支撐方案的反復迭代優(yōu)化,，并利用增材制造經驗,，通過增材制造擺放角度優(yōu)化以及支撐方案設計，解決了變形及開裂的技術難題,。

截至目前,，激光選區(qū)增材及電弧增材技術成形的零件已在三院內多產品廣泛應用，同時在其他航天產品和企業(yè)中獲得應用并通過考核驗證,。自主研發(fā)的電弧熔絲裝備也將進行裝機應用,。


乘勢而上加快增材數(shù)字化布局
239廠的增材制造核心裝備研制工作還在繼續(xù)，后續(xù)還將陸續(xù)形成增減材,、多頭陣列式電弧材等多項核心裝備，擺脫受制于人的局面,，進一步推動“中國制造”邁向“中國智造”的新高度,。

針對“十四五”后期任務需求，239廠堅持型號任務需求牽引與技術推動相結合,，擬建成包括電弧增材,、激光選區(qū)增材、激光熔融沉積增材,、電子束選區(qū)增材等主流金屬增材技術的數(shù)字化產線,，同時構建模型設計、模擬仿真,、成形制造,、后處理等增材制造相關的技術能力，并充分利用5G等數(shù)字化手段,，建立大規(guī)模,、低成本、高品質,、快節(jié)奏,、可轉移的增材制造技術體系。

△項目創(chuàng)新形成了當時世界上最大的四光束激光選區(qū)熔化增材制造裝備,，成形幅面達到800mm*800mm,，填補了國際上可工程化應用大尺寸設備的空白。

239廠目前正在實現(xiàn)從基板自動裝夾,、自動上粉,、自動清粉、自動做支撐等打印過程的自動化,。增材工藝員李鵬表示,，雖然機械手、流水線在一定程度上解放了人的雙手用,，但終究不過是機器助人,，不能將數(shù)字化制造和自動化劃等號,。

盡管增材制造正在迎來發(fā)展的上升期，但增材制造技術整體上仍然面臨著諸多技術難題,�,！俺杀臼侵萍s增材制造技術大規(guī)模推廣的關鍵因素�,！焙沃潜硎�,，增材制造在產品研制階段具有響應速度快的獨特優(yōu)勢，但成本過高,，一旦需要大批量制造時,，仍可能采用鑄造、鍛造,、機加等傳統(tǒng)工藝,。

面向未來，239廠還將加快催生自主創(chuàng)新與協(xié)同創(chuàng)新相結合的技術創(chuàng)新新動能,，進一步鞏固和提升增材專業(yè)及相關配套技術能力,，繼續(xù)深入增材制造的技術攻關與推廣應用工作，更好地支撐新一代裝備發(fā)展,，提升國防行業(yè)先進制造技術實力,。