長江日報：華中科大張海鷗教授團隊成功3D打印飛機起落架主體部分

“極限載荷73噸！強度和斷裂韌度超過傳統(tǒng)制造工藝的鍛件。”

2024年3月11日，在位于光谷的武漢天昱智能制造有限公司的廠房內(nèi)，華中科技大學(xué)張海鷗教授看著3D打印出來的“活塞桿輪軸”表示，這是全球首款3D打印飛機起落架的主體部分，既有技術(shù)顛覆性突破，也有生產(chǎn)要素的創(chuàng)新，屬于新質(zhì)生產(chǎn)力，接下來會進行上機實驗。

△張海鷗在檢測用“3D打印鍛件技術(shù)”打印的飛機起落架

“活塞桿輪軸”長150厘米、直徑40厘米、重240千克。呈T型的灰色構(gòu)件靜靜躺在藍色絨布上，從外形看與普通金屬構(gòu)建沒差別。“相比于傳統(tǒng)制造工藝，3D打印的優(yōu)勢太多了。”張海鷗一邊拿著游標卡尺測量活塞桿輪軸的精度，一邊介紹，3D打印飛機起落架項目是2018年開始立項，到2022年6月突破了全部關(guān)鍵技術(shù)，前后歷時5年。

過去的金屬3D打印機設(shè)備沒有鍛造環(huán)節(jié)，打印出的金屬零件普遍存在易產(chǎn)生裂縫、變形等缺陷，導(dǎo)致打印出的金屬零件一直處于實驗室研究狀態(tài)，無法真正商用。2019年，張海鷗團隊研發(fā)出世界首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“鑄鍛銑一體化”3D打印新型工業(yè)母機，將“鑄鍛銑”融為一體，克服了之前常規(guī)機床生產(chǎn)中“鍛鑄分離”、3D打印中“有鑄無鍛”等問題，實現(xiàn)了對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

張海鷗說，飛機起落架傳統(tǒng)的制造工藝需要先熔再鑄錠，然后加熱鍛造，成品率不高，對材料的浪費極大，甚至90%的材料都被浪費掉了。飛機起落架一般采用高強度鋼制造，每噸的價格近百萬元，是普通鋼材價格的200倍。3D打印飛機起落架，只需用到傳統(tǒng)制造工藝的10%的材料，不僅降低成本而且還減少污染，經(jīng)檢測強度、斷裂韌度超過傳統(tǒng)工藝制造的鍛件。

△張海鷗教授在操作3D打印數(shù)控機床

作為大型金屬鍛件，飛機起落架的打印主要是工藝、溫控和變形技術(shù)的運用。溫度忽高忽低容易給打印件造成裂紋，必須確保在某一個溫度下進行打印，溫控越準越不易出現(xiàn)裂紋。經(jīng)過上千次的試驗，張海鷗帶領(lǐng)團隊最終找到合適的打印溫度。

“我不在實驗室就是在企業(yè)車間。”今年68歲的張海鷗教授的另一個身份是武漢天昱公司首席科學(xué)家，實驗室、企業(yè)和家形成的“三點一線”是他的日常軌跡，很少改變。

“張教授很少休息，經(jīng)常和年輕人一起攻關(guān)到凌晨兩三點。”該公司總經(jīng)理助理朱旭說，5年前，他們公司只能打印飛機外掛掛鉤之類的小部件，現(xiàn)在他們已經(jīng)能打印出500厘米長的金屬構(gòu)件了。

據(jù)悉，目前，全球只有中、美、俄和歐盟能制造大型飛機起落架，而武漢天昱智能制造有限公司是世界首個3D打印大飛機最大承力零部件的企業(yè)，該公司打印出的起落架已順利通過中航起落架有限公司的“73噸的極限載荷”測試和8種工況下的考核測試。

在張海鷗看來，隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟，涉及的領(lǐng)域也將不斷拓寬，從航天航空到船舶制造都將得到廣泛應(yīng)用。他預(yù)計，未來5年內(nèi)可形成千億級的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

來源 | 長江日報