飞行(háng)器结(jié)构产品“无模具”制造,生产(chǎn)效率提高一倍,在确保性能不下降的基础(chǔ)上,成本降低近一半,解决了传统生产模式(shì)中加工时间长(zhǎng)、质量管控难度大、成本高等难题,通过3D打印一体(tǐ)化成型技术(shù),数字化制造(zào)能力大幅提升。
近(jìn)日(rì),中(zhōng)国(guó)航天科工集(jí)团有限公司二院二部实现某型(xíng)飞行器产(chǎn)品复杂结构3D打印(yìn)集成制造,这是3D打印(yìn)技术(shù)在航天领域飞行器研制中的重(chóng)要里(lǐ)程碑(bēi),进(jìn)一步(bù)提升了飞行器轻(qīng)量化水平,为未来新一代飞行(háng)器发(fā)展(zhǎn)提供了有力支撑。
二部(bù)专家介绍,航(háng)天飞(fēi)行器产品结构零部件多,生产周期长、成本高。此前(qián),一套复杂结构产品的部件(jiàn)常常由数十个零件组成(chéng),每个零件都(dōu)要建(jiàn)立(lì)三维模型并(bìng)设计“个性(xìng)化”的工(gōng)艺流程,随(suí)后在数字机床(chuáng)上逐一进行生(shēng)产(chǎn)加工(gōng),生产周期往(wǎng)往按月计算。同时,由于“车铣刨磨”等传统机加工艺的限制,要让飞行器“瘦身减(jiǎn)肥”很困(kùn)难,直接影响飞行(háng)器的(de)性能提升。有时(shí)候,结构设计(jì)师(shī)为(wéi)了(le)减少几(jǐ)克的重(chóng)量(liàng)也是煞费苦心。
如(rú)今,通过(guò)3D打(dǎ)印技术(shù)实现面向增材制(zhì)造的一体(tǐ)化结构设计与制造,可使复杂部件(jiàn)的零件(jiàn)数大幅减少,通过一体化三维建模后导入3D打印机中(zhōng)直接成型,一台打印机可实现多(duō)个零件(jiàn)的同时打印,制造时间从几个(gè)月缩短到十(shí)余天(tiān)。同时(shí),随着零件数(shù)量的减少,部(bù)件装(zhuāng)配环节也更简化, 结构可靠性和装(zhuāng)配效率大幅提升。
通过基于3D 打印(yìn)的(de)优化设计,设计师可(kě)突(tū)破“车铣刨磨”等传统机(jī)械加工工艺限制,选择采(cǎi)用网状(zhuàng)支撑、空心流道等更加优化的结构形式。相(xiàng)比传统棒料或管(guǎn)料(liào)的机(jī)加方式,现在可通过“一次(cì)成型、少(shǎo)量加工”实现高效生产。针对“一次成型”的(de)3D打印产品,只需要对结构安装面等表面精度要求(qiú)比较高的局部部位进行少量精(jīng)加工即完成零(líng)件生产,从而大幅提升生产效率。
二部3D打印青年(nián)创新工(gōng)作室负(fù)责人金先生表(biǎo)示(shì),团队(duì)一(yī)直紧跟(gēn)国内外3D打印技术发展趋势,积极开(kāi)展新技术(shù)、新方法、新工(gōng)艺的学习与应用,牵头解决了多(duō)个(gè)项目结构轻量化(huà)设(shè)计与一体化制造难题,力(lì)争为先进飞行器打造更轻(qīng)、更强、更耐热的“钢筋铁骨”。
3D打印技术是以金属粉末、金属丝为原材料(liào),通过逐层打(dǎ)印、堆(duī)积成型的方(fāng)式实现(xiàn)构件一体化成型(xíng)的制造技术,涉及数字建模(mó)、机(jī)电控制(zhì)、材(cái)料科学与工艺技术等多个领域的交叉融合,具有(yǒu)成型精(jīng)度高(gāo)、制(zhì)造周期(qī)短(duǎn)、可(kě)成型复杂外形和(hé)中(zhōng)空结构的特(tè)点(diǎn),可满足(zú)航天产(chǎn)品“轻量化、高性能、快速研制”的设计与(yǔ)制(zhì)造需求(qiú),被认(rèn)为是航天领域未来结构设计(jì)与制造技术(shù)变革方(fāng)向之一。
记者(zhě)了解到,在过去的“十三五(wǔ)”期间,二部(bù)紧跟3D打印技术发展步伐,开(kāi)展面向增材制造的结构(gòu)产品(pǐn)设计(jì)和应用探索, 在(zài)复杂拓扑结构(gòu)建模技(jì)术、优化仿真分(fèn)析技术(shù)、数字化制造仿真技术、新材料(liào)应用等方面开展(zhǎn)了研究工作。以“赛”“研”“用”等多种形式(shì),锻炼(liàn)设计师队伍,多(duō)次组织团队参加全国3D打(dǎ)印设(shè)计大赛并(bìng)屡创佳(jiā)绩。
二部结构(gòu)室(shì)相关负责人表示,科技人(rén)员在(zài)提(tí)高设计应用能力的同时,将经验固化形成《面(miàn)向(xiàng)增材制造的(de)结构设计手册》等知识成果(guǒ),使(shǐ)增材制造和优化设计的(de)理念深入人心,并且在项目研制中取(qǔ)得了良好(hǎo)实效。
后续,二部将持续推动(dòng)基于3D打印技术(shù)的优化(huà)设计、应用和(hé)产品创新,加强一体化结构的设计、分析、制造、性能验证等基(jī)础(chǔ)能力(lì)建设,促进新一(yī)代航天飞行器结构性能(néng)提升。