“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?！?/p>

近日，中國航天科工集團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。

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)新工作室負責(zé)人小金表示：“團隊一直緊跟國內(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，力爭為先進飛行器打造更輕、更強、更耐熱的‘鋼筋鐵骨’?！?/p>

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。

“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)雜拓撲結(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)室陳主任表示：“在提高設(shè)計應(yīng)用能力的同時，我們將經(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?！?/p>

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)。在設(shè)計理念上踐行“裕度設(shè)計”向“精細化設(shè)計”的轉(zhuǎn)變。同時，以結(jié)構(gòu)一體化、功能化、智能化為目標，進一步開展先進設(shè)計與制造技術(shù)應(yīng)用和探索，促進結(jié)構(gòu)產(chǎn)品從“單一功能”向“多功能”的轉(zhuǎn)變，促進新一代航天飛行器結(jié)構(gòu)性能提升。(金楷杰)