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航天智制,3D“打印”未来——航天科技集团六院7103厂增材制造创新中心发展纪实

[ 作者:钛业资讯 | 发布时间:2021-11-30 | 浏览:96

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走进厂房,和传统制造厂机器轰鸣、热火朝天的生产景象不同,这里噪音很小、地板格外洁净,一台台设备整齐列装,设备内激光飞舞扫描,一层一层铺叠出产品的真容,一件3D打印的宇航级产品随即诞生。

今天,在航天科技集团六院7103厂增材制造创新中心,利用3D打印技术生产一件整流栅,生产流程从原先的19个缩短至3个,生产周期从20天缩短为2天,产品合格率显著提升。

近年来,我国航天事业大跨步前进,宇航发射任务逐年递增,在人员不变、任务量翻番的条件下满足新阶段生产需求,7103厂增材制造创新中心以3D打印技术为切入点,深化技术应用推动企业创新发展,向着高质量发展的目标展开一场生动实践。

立足当下,新办法解决老问题

“3D打印技术与传统制造方法相比,设计灵活、研制周期短,材料利用率高。”7103厂增材制造创新中心主任杨欢庆介绍,2016年长征五号首飞成功,7103厂的3D打印产品随长五亮相太空,首次在宇航发射任务中实现飞行应用。


工作人员在操作设备。张超摄

随后,在载人航天、月球探测、火星探测、北斗导航、空间站建设等国家重大工程中,7103厂的3D打印产品出现次数越来越多、承担任务越来越重。

发动机是火箭的“心脏”,航天液体火箭发动机需要大量采用高温合金、钛合金等难加工材料,设计结构复杂、工艺流程长。

为了满足航天液体动力领域的生产需求,7103厂以3D打印领域发展较为成熟的激光选区熔化成形技术和激光熔覆沉积成形技术为主导,创新优化设计,后处理工艺及质量检测评价展开系统研究,掌握了20余项关键技术,初步构成增材制造应用研究全流程技术体系。

“工艺成熟的产品在3D打印制造过程中无需太多人工干预,且质量稳定可靠。”杨欢庆介绍,3D打印是一种数字化制造工艺,生产流程主要依赖专业处理软件和生产管理软件,注重前端工艺设计和研发。

目前,7103厂主要将3D打印技术应用于航天液体火箭发动机新研型号研制,重点解决“急、难、险、重、新”的零部组件研制问题,同时承担成熟发动机型号复杂异形构件研制及批产。

截至目前,3D打印技术已经在7103厂40多个型号240余种典型产品中得到使用,产品先后成功参与50余次发射和飞行试验,增材制造创新中心取得了多项技术成果,获得国家科技进步二等奖等8项省部级以上奖励。

面向未来,新技术适应新需求

在今年的珠海航展上,新一代重型运载火箭、新一代载人运载火箭模型亮相,观众纷纷惊叹于航天事业的发展速度。火箭运载能力大幅提升,对液体动力技术也提出了更高要求。

“我国开展的新一代航天装备研制难度大、性能要求高、研制周期紧。”杨欢庆认为,随着航天发动机设计性能的提升,宇航产品越发复杂精细,3D打印技术可以从根本层面突破传统制造的技术局限,把图纸设想变为现实。

2000年前后,7103厂已经开始布局3D打印技术,并引进激光选区熔化烧结(SLS)装备及技术,用于我国新一代液氧煤油火箭发动机的快速研制。经过多年的技术积累,在技术相对成熟、行业发展相对稳定时成立增材制造创新中心,逐步把3D打印技术应用到工程实践中。

“3D打印技术与传统制造技术既是互补关系,更是升级换代关系。”杨欢庆说,针对目前传统制造技术中合格率低、流程长、可靠性差的产品,可以采用3D打印进行批产,随着未来航天发动机设计性能提升,3D打印技术能生产出高性能、一体化的复杂构件,从技术层面带动航天液体动力升级换代。

面向未来发展,7103厂与高校合作,计划培养一批智能制造领域专业人才,增材制造创新中心先后与西北工业大学、华中科技大学组建联合实验室,与西安交通大学成立培养育人基地,形成良好的产学研合作机制。

站在“十四五”开局之年,7103厂将围绕国防军队现代化建设和经济社会发展需求,完成多型先进动力的研制批产工作,在此前研究的3D打印技术基础上,预计在未来2年内建成100台金属增材设备规模的“云端制造”智慧工厂,承担起更重大的研发生产任务。

(光明日报全媒体记者崔兴毅 通讯员胡蓝月)