增材制造為火箭院發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力及航天事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供動力！
時間：2024-03-21 08:56 來源：中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 作者：admin 閱讀：次
3月5日，習(xí)近平總書記在參加他所在的十四屆全國人大二次會議江蘇代表團(tuán)審議時強(qiáng)調(diào)，要牢牢把握高質(zhì)量發(fā)展這個首要任務(wù)，因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。
中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院首都航天機(jī)械有限公司利用自身在增材制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)率先開展電弧增材制造技術(shù)與裝備研發(fā)及工程化應(yīng)用，不斷創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級換代，為火箭院發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力提供有力支撐，為祖國航天事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供源源動力。
滋潤產(chǎn)品的“泉眼”
麥肯錫全球研究院（MGI）曾列舉過世界各種顛覆性技術(shù)共12項(xiàng)，增材制造位列其中。首都航天機(jī)械有限公司在增材制造領(lǐng)域的優(yōu)勢可謂得天獨(dú)厚，有著產(chǎn)品類別最齊全、材料應(yīng)用最成熟的技術(shù)體系。首都航天機(jī)械有限公司增材制造分公司技術(shù)質(zhì)量部副部長羅志偉介紹道：“利用增材制造技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級換代。”
首都航天機(jī)械有限公司利用技術(shù)優(yōu)勢，聯(lián)合各設(shè)計(jì)部門，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用方面取得了一系列突破。增材制造分公司副總經(jīng)理嚴(yán)振宇拿出一個充滿幾何美感的小方塊，自豪地介紹說：“這就是我們增材制造的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。”這個拳頭大小的“魔方”內(nèi)部為鏤空狀，密密麻麻的0.8毫米粗細(xì)的金屬絲線相互交織，可以從空洞看到對面，別看它像是金屬絲織成的毛線團(tuán)，卻可支撐起一個成年人的重量，且所需材料更少、重量更輕。
原本這種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是只存在于理論設(shè)計(jì)中的“完美結(jié)構(gòu)”，不論是以鑄鍛焊為主要工藝手段的“等材制造”，還是以車銑磨為主要工藝手段的“減材制造”，都無法實(shí)現(xiàn)，唯有直接將材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的“增材制造”可以完成。目前，首都航天機(jī)械有限公司已經(jīng)將這種結(jié)構(gòu)件應(yīng)用于多型航天型號產(chǎn)品舵翼、套筒等產(chǎn)品中，它能夠同時滿足減重、承載、隔熱的多功能復(fù)合需求，堪稱顛覆性的突破。
此外，增材制造分公司還突破了負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)，自主開發(fā)了極小曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺，突破了多孔結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制備技術(shù)……在航天特種材料方面，建立了涵蓋8類、10余種牌號的增材制造體系，為航天產(chǎn)品升級換代提供了有力支撐。
在增材制造分公司的生產(chǎn)現(xiàn)場，機(jī)器的轟鳴聲仿佛催動著時間。這里是“泉眼”，新技術(shù)流淌而出，滋潤著首都航天機(jī)械有限公司深耕的運(yùn)載火箭、液體火箭發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域。
新模式帶來“新氣象”
新技術(shù)的誕生催生了新的生產(chǎn)模式。增材制造分公司剛成立時，特別需要實(shí)打?qū)嵉男吞枒?yīng)用來驗(yàn)證新技術(shù)的可靠。
此時長征十一號運(yùn)載火箭出現(xiàn)了一項(xiàng)突發(fā)難題——運(yùn)載火箭衛(wèi)星支架工期不足。衛(wèi)星支架產(chǎn)品每批次產(chǎn)付數(shù)量少、形狀尺寸多變，這些特點(diǎn)直擊增材制造模式的“好球區(qū)”。為了滿足快速和低成本交付的要求，首都航天機(jī)械有限公司首次采用電弧熔絲增材技術(shù)方案進(jìn)行制造，順利完成了首件鋁合金衛(wèi)星支架，首次實(shí)現(xiàn)了增材制造技術(shù)的工程化應(yīng)用。其打印錐筒壁厚僅為鍛件的四分之一，大幅降低機(jī)加去除量，整個3D打印周期僅需3天。
此后，首都航天機(jī)械有限公司正式敲開了產(chǎn)品在型號應(yīng)用上的大門，在航天特種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用方面連連取得突破。
比起對操作人員技能水平的依賴，增材制造更注重在線監(jiān)測和智能控制系統(tǒng)，因此具有機(jī)械化生產(chǎn)所不具備的大規(guī)模定制能力，而增材制造技術(shù)的整體化制造特點(diǎn)，恰好為航天復(fù)雜產(chǎn)品提供了全新的解決方案。
實(shí)現(xiàn)液體火箭發(fā)動機(jī)的增材制造就是最具代表性的技術(shù)運(yùn)用。液體火箭發(fā)動機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，傳統(tǒng)的加工方式是采用分體制造再連接的方案。采用增材制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多型液體火箭發(fā)動機(jī)核心部件的整體化設(shè)計(jì)與制造、部組件的整體制造，并更大程度地消除焊接，且生產(chǎn)出來的成品具有短鏈條、少庫存、少焊縫的優(yōu)勢，減少噴注器產(chǎn)品零件數(shù)量90%以上，大幅降低了生產(chǎn)壓力。
目前，首都航天機(jī)械有限公司已研制出國際上公開報道中最大的整體增材制造推力室銅合金內(nèi)壁，同時承攬了多個民用航天企業(yè)發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的研制任務(wù)。
前途光明的坡道
增材制造技術(shù)不需要模具、流程更短、成本更低、制造更快的相對優(yōu)勢，源自科技創(chuàng)新、源自產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級。行業(yè)生產(chǎn)模式正在由手工生產(chǎn)和機(jī)械化生產(chǎn)向智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，這也對首都航天機(jī)械有限公司做好、做實(shí)產(chǎn)品升級提出了更高的要求。增材制造的制造過程無污染、材料消耗低、能源消耗低、材料利用率高、加工廢料少的“綠色”優(yōu)勢，為公司開拓出了一片美好前景，是產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的最佳選擇之一。
但是增材制造技術(shù)并非萬能，材料性能批次穩(wěn)定性的問題，以及材料、設(shè)備之間的匹配性等問題，都是擺在明面上的難題。增材制造分公司技術(shù)質(zhì)量部部長梁曉康說：“增材制造對材料性能、打印工藝、質(zhì)檢規(guī)范等都有很高的要求，它的確在不斷更新迭代，正向著基于工業(yè)互聯(lián)的無人工廠模式發(fā)展。”增材制造分公司也以理性的態(tài)度推動技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。
他們開啟了機(jī)械加工、熱處理、表面處理、無損檢測等工藝的拓荒之旅。在不斷拓展工程化應(yīng)用方向，克服技術(shù)本身局限性的同時，他們逐步形成涉及所有工藝的全產(chǎn)業(yè)增材制造體系，實(shí)現(xiàn)金屬增材制造主流技術(shù)全覆蓋，航天產(chǎn)品尺寸和精度全覆蓋，最終解決了如材料性能、匹配性等問題，在國際航天領(lǐng)域走在前列。首都航天機(jī)械有限公司是國內(nèi)率先開展電弧增材制造技術(shù)與裝備研發(fā)及工程化應(yīng)用的單位之一，自主研發(fā)了多套多功能電弧增材制造裝備，探索出了航天大型輕質(zhì)構(gòu)件高效、低成本制造新路線。
在解決問題的同時，首都航天機(jī)械有限公司的增材制造產(chǎn)業(yè)也開始了“走出去”新路程。首都航天機(jī)械有限公司與優(yōu)勢單位聯(lián)合開發(fā)了當(dāng)時國內(nèi)最大直徑的超大幅面激光選區(qū)熔化設(shè)備和國內(nèi)首臺套銅合金專業(yè)激光選區(qū)熔化設(shè)備，開展了1.5米級大型鈦合金艙段、液體火箭發(fā)動機(jī)推力室身部等關(guān)鍵產(chǎn)品的研制。
目前，首都航天機(jī)械有限公司的增材制造技術(shù)已經(jīng)在40多項(xiàng)型號產(chǎn)品中應(yīng)用，2023年創(chuàng)造了近1億元的年產(chǎn)值。“我們爭取早日走向航天技術(shù)應(yīng)用市場，也會向包括原材料、核心器件開發(fā)等為主的產(chǎn)業(yè)上游，以及增材制造裝備與工藝開發(fā)的中游繼續(xù)拓展。”梁曉康表示。
未來，增材制造技術(shù)的不斷拓展將為火箭院發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力提供有力支撐，為航天事業(yè)的發(fā)展提供源源動力。
中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院首都航天機(jī)械有限公司利用自身在增材制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)率先開展電弧增材制造技術(shù)與裝備研發(fā)及工程化應(yīng)用，不斷創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級換代，為火箭院發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力提供有力支撐，為祖國航天事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供源源動力。
滋潤產(chǎn)品的“泉眼”
麥肯錫全球研究院（MGI）曾列舉過世界各種顛覆性技術(shù)共12項(xiàng)，增材制造位列其中。首都航天機(jī)械有限公司在增材制造領(lǐng)域的優(yōu)勢可謂得天獨(dú)厚，有著產(chǎn)品類別最齊全、材料應(yīng)用最成熟的技術(shù)體系。首都航天機(jī)械有限公司增材制造分公司技術(shù)質(zhì)量部副部長羅志偉介紹道：“利用增材制造技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級換代。”
首都航天機(jī)械有限公司利用技術(shù)優(yōu)勢，聯(lián)合各設(shè)計(jì)部門，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用方面取得了一系列突破。增材制造分公司副總經(jīng)理嚴(yán)振宇拿出一個充滿幾何美感的小方塊，自豪地介紹說：“這就是我們增材制造的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。”這個拳頭大小的“魔方”內(nèi)部為鏤空狀，密密麻麻的0.8毫米粗細(xì)的金屬絲線相互交織，可以從空洞看到對面，別看它像是金屬絲織成的毛線團(tuán)，卻可支撐起一個成年人的重量，且所需材料更少、重量更輕。
原本這種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是只存在于理論設(shè)計(jì)中的“完美結(jié)構(gòu)”，不論是以鑄鍛焊為主要工藝手段的“等材制造”，還是以車銑磨為主要工藝手段的“減材制造”，都無法實(shí)現(xiàn)，唯有直接將材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的“增材制造”可以完成。目前，首都航天機(jī)械有限公司已經(jīng)將這種結(jié)構(gòu)件應(yīng)用于多型航天型號產(chǎn)品舵翼、套筒等產(chǎn)品中，它能夠同時滿足減重、承載、隔熱的多功能復(fù)合需求，堪稱顛覆性的突破。
此外，增材制造分公司還突破了負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)，自主開發(fā)了極小曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺，突破了多孔結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制備技術(shù)……在航天特種材料方面，建立了涵蓋8類、10余種牌號的增材制造體系，為航天產(chǎn)品升級換代提供了有力支撐。
在增材制造分公司的生產(chǎn)現(xiàn)場，機(jī)器的轟鳴聲仿佛催動著時間。這里是“泉眼”，新技術(shù)流淌而出，滋潤著首都航天機(jī)械有限公司深耕的運(yùn)載火箭、液體火箭發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域。
新模式帶來“新氣象”
新技術(shù)的誕生催生了新的生產(chǎn)模式。增材制造分公司剛成立時，特別需要實(shí)打?qū)嵉男吞枒?yīng)用來驗(yàn)證新技術(shù)的可靠。
此時長征十一號運(yùn)載火箭出現(xiàn)了一項(xiàng)突發(fā)難題——運(yùn)載火箭衛(wèi)星支架工期不足。衛(wèi)星支架產(chǎn)品每批次產(chǎn)付數(shù)量少、形狀尺寸多變，這些特點(diǎn)直擊增材制造模式的“好球區(qū)”。為了滿足快速和低成本交付的要求，首都航天機(jī)械有限公司首次采用電弧熔絲增材技術(shù)方案進(jìn)行制造，順利完成了首件鋁合金衛(wèi)星支架，首次實(shí)現(xiàn)了增材制造技術(shù)的工程化應(yīng)用。其打印錐筒壁厚僅為鍛件的四分之一，大幅降低機(jī)加去除量，整個3D打印周期僅需3天。
此后，首都航天機(jī)械有限公司正式敲開了產(chǎn)品在型號應(yīng)用上的大門，在航天特種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用方面連連取得突破。
比起對操作人員技能水平的依賴，增材制造更注重在線監(jiān)測和智能控制系統(tǒng)，因此具有機(jī)械化生產(chǎn)所不具備的大規(guī)模定制能力，而增材制造技術(shù)的整體化制造特點(diǎn)，恰好為航天復(fù)雜產(chǎn)品提供了全新的解決方案。
實(shí)現(xiàn)液體火箭發(fā)動機(jī)的增材制造就是最具代表性的技術(shù)運(yùn)用。液體火箭發(fā)動機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，傳統(tǒng)的加工方式是采用分體制造再連接的方案。采用增材制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多型液體火箭發(fā)動機(jī)核心部件的整體化設(shè)計(jì)與制造、部組件的整體制造，并更大程度地消除焊接，且生產(chǎn)出來的成品具有短鏈條、少庫存、少焊縫的優(yōu)勢，減少噴注器產(chǎn)品零件數(shù)量90%以上，大幅降低了生產(chǎn)壓力。
目前，首都航天機(jī)械有限公司已研制出國際上公開報道中最大的整體增材制造推力室銅合金內(nèi)壁，同時承攬了多個民用航天企業(yè)發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的研制任務(wù)。
前途光明的坡道
增材制造技術(shù)不需要模具、流程更短、成本更低、制造更快的相對優(yōu)勢，源自科技創(chuàng)新、源自產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級。行業(yè)生產(chǎn)模式正在由手工生產(chǎn)和機(jī)械化生產(chǎn)向智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，這也對首都航天機(jī)械有限公司做好、做實(shí)產(chǎn)品升級提出了更高的要求。增材制造的制造過程無污染、材料消耗低、能源消耗低、材料利用率高、加工廢料少的“綠色”優(yōu)勢，為公司開拓出了一片美好前景，是產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的最佳選擇之一。
但是增材制造技術(shù)并非萬能，材料性能批次穩(wěn)定性的問題，以及材料、設(shè)備之間的匹配性等問題，都是擺在明面上的難題。增材制造分公司技術(shù)質(zhì)量部部長梁曉康說：“增材制造對材料性能、打印工藝、質(zhì)檢規(guī)范等都有很高的要求，它的確在不斷更新迭代，正向著基于工業(yè)互聯(lián)的無人工廠模式發(fā)展。”增材制造分公司也以理性的態(tài)度推動技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。
他們開啟了機(jī)械加工、熱處理、表面處理、無損檢測等工藝的拓荒之旅。在不斷拓展工程化應(yīng)用方向，克服技術(shù)本身局限性的同時，他們逐步形成涉及所有工藝的全產(chǎn)業(yè)增材制造體系，實(shí)現(xiàn)金屬增材制造主流技術(shù)全覆蓋，航天產(chǎn)品尺寸和精度全覆蓋，最終解決了如材料性能、匹配性等問題，在國際航天領(lǐng)域走在前列。首都航天機(jī)械有限公司是國內(nèi)率先開展電弧增材制造技術(shù)與裝備研發(fā)及工程化應(yīng)用的單位之一，自主研發(fā)了多套多功能電弧增材制造裝備，探索出了航天大型輕質(zhì)構(gòu)件高效、低成本制造新路線。
在解決問題的同時，首都航天機(jī)械有限公司的增材制造產(chǎn)業(yè)也開始了“走出去”新路程。首都航天機(jī)械有限公司與優(yōu)勢單位聯(lián)合開發(fā)了當(dāng)時國內(nèi)最大直徑的超大幅面激光選區(qū)熔化設(shè)備和國內(nèi)首臺套銅合金專業(yè)激光選區(qū)熔化設(shè)備，開展了1.5米級大型鈦合金艙段、液體火箭發(fā)動機(jī)推力室身部等關(guān)鍵產(chǎn)品的研制。
目前，首都航天機(jī)械有限公司的增材制造技術(shù)已經(jīng)在40多項(xiàng)型號產(chǎn)品中應(yīng)用，2023年創(chuàng)造了近1億元的年產(chǎn)值。“我們爭取早日走向航天技術(shù)應(yīng)用市場，也會向包括原材料、核心器件開發(fā)等為主的產(chǎn)業(yè)上游，以及增材制造裝備與工藝開發(fā)的中游繼續(xù)拓展。”梁曉康表示。
未來，增材制造技術(shù)的不斷拓展將為火箭院發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力提供有力支撐，為航天事業(yè)的發(fā)展提供源源動力。
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