飞行器结构产(chǎn)品“无(wú)模具”制造,生产(chǎn)效率(lǜ)提高一(yī)倍,在确保性能不下降的基础上,成本降低近一半(bàn),解决了传统生产模式中加工时(shí)间长、质量管控难度(dù)大、成本高等(děng)难题,通(tōng)过3D打(dǎ)印一体化(huà)成型技术,数字化制造能力(lì)大幅提升。
近日,中(zhōng)国航天科工集团有限公司二院二部实现某型(xíng)飞(fēi)行器产品复(fù)杂结(jié)构3D打印集成制(zhì)造,这是3D打(dǎ)印技(jì)术在航天领域飞行器研制中(zhōng)的重要里程碑,进一(yī)步提(tí)升了飞(fēi)行器轻量化水(shuǐ)平,为未来新(xīn)一(yī)代(dài)飞行器发展提供了(le)有力(lì)支(zhī)撑。
二(èr)部专家介绍,航天飞行器产品结构零部件多(duō),生产周期长、成本高(gāo)。此前(qián),一套复杂(zá)结构产(chǎn)品的(de)部件常常由(yóu)数十个零件组成(chéng),每个(gè)零件都要建立(lì)三维模型并设计“个(gè)性化(huà)”的工(gōng)艺流程,随后在数字(zì)机(jī)床(chuáng)上逐一(yī)进行生产加工,生产周期往往按月计算。同时,由于“车铣刨磨”等传统(tǒng)机加工艺的限制,要让飞(fēi)行(háng)器“瘦身(shēn)减肥”很困难,直接(jiē)影响(xiǎng)飞行器的性能提(tí)升(shēng)。有时候,结构设计师为(wéi)了减少几克的重量也是煞费苦心(xīn)。
如(rú)今,通(tōng)过(guò)3D打印技术(shù)实现面向增(zēng)材制造(zào)的一(yī)体化结构设(shè)计与制造,可(kě)使复杂部(bù)件的(de)零件数大幅减少(shǎo),通(tōng)过(guò)一体化三维建(jiàn)模(mó)后(hòu)导入(rù)3D打印(yìn)机(jī)中直接成型,一(yī)台打印机可(kě)实现多个零件(jiàn)的同(tóng)时打印,制造时间(jiān)从几个月缩短到十余(yú)天。同时,随着零(líng)件数量的减少,部件装配环(huán)节(jiē)也更简化, 结(jié)构可(kě)靠性(xìng)和装配效率大(dà)幅提升。
通(tōng)过(guò)基于3D 打印(yìn)的优化(huà)设计,设计师可(kě)突(tū)破“车铣刨(páo)磨”等传统机械加工工艺(yì)限(xiàn)制,选择采(cǎi)用网状支撑、空心流道等更(gèng)加优化(huà)的结构形式。相比传统棒料或管料的(de)机加方式,现在可通过“一次成型、少量加工”实现高效生产。针对“一(yī)次成型”的3D打(dǎ)印产品,只需要对结构安装面等表面精度(dù)要求比较高的局部部位进行少(shǎo)量精加工即完成零件生产,从而大幅(fú)提升生产(chǎn)效率。
二部3D打印青年创新工作室负责人金先(xiān)生表示,团(tuán)队一(yī)直紧(jǐn)跟(gēn)国内外3D打印技术发展趋势,积极开展新技术(shù)、新方法(fǎ)、新工(gōng)艺的学习与应用(yòng),牵头解决了多个项目(mù)结构轻量化设计与一(yī)体化制造难题,力争为先进飞行器打造更轻、更强、更(gèng)耐热的“钢筋铁骨(gǔ)”。
3D打印技术是以(yǐ)金属粉(fěn)末、金属(shǔ)丝为原(yuán)材料,通过逐层打印、堆积成(chéng)型的方(fāng)式实现(xiàn)构件(jiàn)一体化成型的制造(zào)技术,涉及(jí)数字建模、机电控制、材料科学(xué)与工艺(yì)技术(shù)等多(duō)个领域的交叉融合,具有成型(xíng)精度高、制造周期短、可成型复杂外形和(hé)中空结(jié)构的特(tè)点,可(kě)满足(zú)航天产品“轻(qīng)量化、高(gāo)性能、快速(sù)研制”的(de)设计与制造(zào)需求,被认为(wéi)是航天领域未来结(jié)构(gòu)设计与制造技术(shù)变(biàn)革方(fāng)向之一。
记者了解到,在过去的“十(shí)三五”期间,二部(bù)紧跟3D打印(yìn)技术发展步(bù)伐,开展面向增(zēng)材制造(zào)的结构产品设计和(hé)应用探(tàn)索, 在(zài)复杂拓扑结构建模(mó)技术、优化仿真(zhēn)分(fèn)析技术、数字化制造仿真技术、新材(cái)料应用等方面(miàn)开展(zhǎn)了(le)研究工作。以“赛(sài)”“研”“用”等多种形式,锻炼设(shè)计师(shī)队伍,多次组织团队参加全(quán)国(guó)3D打印设计(jì)大赛并屡创佳绩。
二部结构室相关负责人表(biǎo)示,科技人员在提高设计应用能力的(de)同时(shí),将(jiāng)经验固(gù)化形成《面向增(zēng)材制造的结构设计手(shǒu)册》等知识成果(guǒ),使增材制造和优化(huà)设计的理念深入人心,并且(qiě)在项目研制中取得了良好实效。
后续,二部(bù)将持续推(tuī)动基于3D打(dǎ)印技术的优化设计、应用和产品创新,加强(qiáng)一体(tǐ)化结构的设计、分析、制造、性能验证等基础能力(lì)建设,促进新一代航天飞行器结构性能提升。