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二部:航天飛行器產(chǎn)品制造又添3D打印新“神器”

2021年08月27日 15:12 | 來(lái)源:人民政協(xié)網(wǎng)
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“飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品‘無(wú)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(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量管控難度大、成本高等難題,通過(guò)3D打印一體化成型技術(shù),數(shù)字化制造能力大幅提升。”

近日,中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司二院二部實(shí)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(jìn)一步提升了飛行器輕量化水平,為未來(lái)新一代飛行器發(fā)展提供了有力支撐。

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航天飛行器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件多,生產(chǎn)周期長(zhǎng)、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(gè)零件組成,每個(gè)零件都要建立三維模型并設(shè)計(jì)“個(gè)性化”的工藝流程,隨后在數(shù)字機(jī)床上逐一進(jìn)行生產(chǎn)加工,生產(chǎn)周期往往按月計(jì)算。同時(shí),由于“車銑刨磨”等傳統(tǒng)機(jī)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(shí)候,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師為了減少幾克的重量也是煞費(fèi)苦心。

如今,通過(guò)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向增材制造的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造,可使復(fù)雜部件的零件數(shù)大幅減少,通過(guò)一體化三維建模后導(dǎo)入3D打印機(jī)中直接成型,一臺(tái)打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)零件的同時(shí)打印,制造時(shí)間從幾個(gè)月縮短到十余天。同時(shí),隨著零件數(shù)量的減少,部件裝配環(huán)節(jié)也更簡(jiǎn)化, 結(jié)構(gòu)可靠性和裝配效率大幅提升。

通過(guò)基于3D 打印的優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)師可突破“車銑刨磨”等傳統(tǒng)機(jī)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(jī)加方式,現(xiàn)在可通過(guò)“一次成型、少量加工”實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。針對(duì)“一次成型”的3D打印產(chǎn)品,只需要對(duì)結(jié)構(gòu)安裝面等表面精度要求比較高的局部部位進(jìn)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(fù)責(zé)人小金表示:“團(tuán)隊(duì)一直緊跟國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),積極開(kāi)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(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)與一體化制造難題,力爭(zhēng)為先進(jìn)飛行器打造更輕、更強(qiáng)、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(guò)逐層打印、堆積成型的方式實(shí)現(xiàn)構(gòu)件一體化成型的制造技術(shù),涉及數(shù)字建模、機(jī)電控制、材料科學(xué)與工藝技術(shù)等多個(gè)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(diǎn),可滿足航天產(chǎn)品“輕量化、高性能、快速研制”的設(shè)計(jì)與制造需求,被認(rèn)為是航天領(lǐng)域未來(lái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)展面向增材制造的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用探索, 在復(fù)雜拓?fù)浣Y(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(kāi)展了研究工作。以“賽”“研”“用”等多種形式,鍛煉設(shè)計(jì)師隊(duì)伍,多次組織團(tuán)隊(duì)參加全國(guó)3D打印設(shè)計(jì)大賽并屢創(chuàng)佳績(jī)。

二部結(jié)構(gòu)室陳主任表示:“在提高設(shè)計(jì)應(yīng)用能力的同時(shí),我們將經(jīng)驗(yàn)固化形成《面向增材制造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》等知識(shí)成果,使增材制造和優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念深入人心,并且在項(xiàng)目研制中取得了良好實(shí)效?!?/p>

后續(xù),二部將持續(xù)推動(dòng)基于3D打印技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、應(yīng)用和產(chǎn)品創(chuàng)新,加強(qiáng)一體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析、制造、性能驗(yàn)證等基礎(chǔ)能力建設(shè)。在設(shè)計(jì)理念上踐行“裕度設(shè)計(jì)”向“精細(xì)化設(shè)計(jì)”的轉(zhuǎn)變。同時(shí),以結(jié)構(gòu)一體化、功能化、智能化為目標(biāo),進(jìn)一步開(kāi)展先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)用和探索,促進(jìn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品從“單一功能”向“多功能”的轉(zhuǎn)變,促進(jìn)新一代航天飛行器結(jié)構(gòu)性能提升。(金楷杰)

編輯:董雨吉

關(guān)鍵詞:制造 打印 結(jié)構(gòu)


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