上海飛機(jī)孫小峰：激光增材制造在中國(guó)商飛的應(yīng)用發(fā)展

2019年9月19-21日，IAME中國(guó)（西安）國(guó)際3D打印博覽會(huì)暨高峰論壇將在西安高新國(guó)際會(huì)議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新的開(kāi)放合作共享交流平臺(tái)，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場(chǎng)全程報(bào)道。

2019年9月 20 日“增材制造技術(shù)與航空航天論壇”，上海飛機(jī)制造有限公司孫小峰做了主題是《激光增材制造在中國(guó)商飛公司的應(yīng)用發(fā)展》的報(bào)告。

下面是現(xiàn)場(chǎng)速記：

今天我做一個(gè)分享是激光增材制造在中國(guó)商飛公司的應(yīng)用及發(fā)展，剛才航天幾位專(zhuān)家提到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在我們航空航天應(yīng)用單位作用非常大，這一點(diǎn)我深表認(rèn)同，對(duì)于民用飛機(jī)這一塊，除了我們要建標(biāo)準(zhǔn)，建規(guī)范，另外很重要的一塊工作，作為申請(qǐng)方向規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的有效性，這是我今天要講的一個(gè)主題。

關(guān)于商飛公司

首先借這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，我把商飛公司基本情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。商飛公司一開(kāi)始不是造飛機(jī)的，是維修飛機(jī)的，上世紀(jì)50年代成立，70年代參與了運(yùn)十的研制，可惜后來(lái)運(yùn)十飛機(jī)下馬了，后面我們和美國(guó)麥道公司合作，生產(chǎn)了MD82/83飛機(jī)，很可惜麥道公司被波音公司兼并，這個(gè)項(xiàng)目也沒(méi)有了。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)的民機(jī)事業(yè)有了嶄新的發(fā)展空間，后面我們陸續(xù)開(kāi)展了ARJ21，C919和CR929的研制，跟我們有合作的單位，目前商飛公司有兩個(gè)基地，一個(gè)在靜安區(qū)的大廠，489畝負(fù)責(zé)生產(chǎn)飛機(jī)的生產(chǎn)交付和轉(zhuǎn)包任務(wù)，我們重點(diǎn)發(fā)展在浦東基地，有4049畝，現(xiàn)在919的組裝在那邊，在浦東建了ARJ組裝線，后面ARJ的生產(chǎn)能力會(huì)往浦東這邊轉(zhuǎn)，后續(xù)我們立項(xiàng)的CR929寬體飛機(jī)制造業(yè)在浦東。

我們商飛公司想打造六個(gè)方面核心能力，一個(gè)是總裝集成，核心關(guān)鍵零部件的制造，新技術(shù)新工業(yè)新材料應(yīng)用研究，民用飛機(jī)交付，包括供應(yīng)鏈的構(gòu)建和管理這六大核心能力，我們?cè)妇跋肱Πl(fā)展成為最具效力，最值得信賴(lài)的一個(gè)航空生產(chǎn)制造商。目前三個(gè)型號(hào)，ARJ21，22家客戶596架定單，目前我們已經(jīng)交付14架，兩架運(yùn)營(yíng)商，成都航空現(xiàn)在11架飛機(jī)在運(yùn)行，內(nèi)蒙古3架。C919累計(jì)28家客戶815架定單，目前四架飛機(jī)在試飛舉證，今年四季度有新的飛機(jī)投入試飛工作，CR929也在推進(jìn)，CR929飛機(jī)上面沒(méi)有增材制造件，C919一開(kāi)始圍繞艙門(mén)一圈有23個(gè)件，后面陸續(xù)增加，現(xiàn)在有30多個(gè)件實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)。

中國(guó)商飛的增材制造

增材制造對(duì)于民機(jī)這一塊來(lái)說(shuō)還是比較新的工藝，剛才馬先生也說(shuō)了，為了推進(jìn)增材制造技術(shù)在民機(jī)上的應(yīng)用，中國(guó)商飛成立增材制造中心，目前掛靠在北研中心，在這個(gè)下面我們建立相應(yīng)的支撐基礎(chǔ)，在上飛院，上飛公司和客服公司，根據(jù)各個(gè)單位的業(yè)務(wù)重點(diǎn)分別建立應(yīng)用推進(jìn)工作室推進(jìn)相關(guān)結(jié)構(gòu)符合性，功能性驗(yàn)證，制造符合性，工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證和維修驗(yàn)證，增材制造它設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)特別多，過(guò)程控制特別復(fù)雜，我們這一塊關(guān)注材料與設(shè)計(jì)，設(shè)備與工藝，適航審查和生產(chǎn)檢測(cè)方面，這不僅是我們我們比較關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，性能評(píng)估和一些審查方法，希望能夠建立成套的控制文件體系。

中國(guó)商飛接觸增材制造比較早，從2009年開(kāi)始，我們大客剛立項(xiàng)不久就開(kāi)始做這個(gè)事情，一開(kāi)始是北航和西工大跟我們合作，通過(guò)送粉工藝做了機(jī)頭附近的窗框，梁緣條，后面在919的展示樣機(jī)和樣段上使用，因?yàn)槭侵鞒辛�，它的�?fù)雜性比較高，適航審查流程特別長(zhǎng)，我們后面正式裝機(jī)先沒(méi)有走這個(gè)，2015年走了圍繞艙門(mén)一圈23個(gè)，包括鉸鏈壁等功能件先走，包括馬先生剛才說(shuō)的設(shè)計(jì)優(yōu)化這一塊做了很多工作。商飛公司接觸這一塊比較晚一點(diǎn)，我們從2015年才開(kāi)始做工藝這一塊，接觸制造工藝本身這一塊的工作，后面為了更清楚了解這個(gè)工藝，更好與審查方溝通推進(jìn)這樣的應(yīng)用工作，我們自己這一塊形成了一些能力，包括采購(gòu)了一些SLS的設(shè)備SLM設(shè)備建立驗(yàn)證平臺(tái)，進(jìn)行了一系列驗(yàn)證工作。

增材制造適航工作要點(diǎn)

我今天圍繞適航介紹商飛公司開(kāi)展的工作，馬先生的報(bào)告通過(guò)金字塔的圖列出來(lái)民機(jī)這一塊要推進(jìn)這樣的新工藝，它面臨適航驗(yàn)證的過(guò)程，包括需要遵照驗(yàn)證的適航規(guī)則，列了很多，商飛公司主要關(guān)注幾層，包括603條款，是材料，605是制造方法，613是材料的強(qiáng)度性能和材料的設(shè)計(jì)值，從符合性要求來(lái)說(shuō)涵蓋比較寬，包括零件復(fù)合要求，材料要求，工藝要求，強(qiáng)度和設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)。我們把這幾個(gè)條款打開(kāi)來(lái)看，從審查方的角度來(lái)說(shuō)它關(guān)心哪些東西，在材料方面它會(huì)關(guān)注申請(qǐng)方是不是有材料的使用經(jīng)驗(yàn)，是不是已經(jīng)形成了材料的行業(yè)規(guī)范和內(nèi)部專(zhuān)有的材料規(guī)范，你的材料是不是有比較明確合適的控制措施，包括你的材料規(guī)范是不是已經(jīng)向?qū)彶榉綀?bào)，得到了批準(zhǔn)，包括材料測(cè)試，你測(cè)試環(huán)境和參數(shù)都是比較關(guān)注的。

制造方法這一塊，包括增材制造的工藝選擇，包括審查方申請(qǐng)方是不是有零件制造的經(jīng)驗(yàn)跟能力，你在增材制造關(guān)鍵工藝參數(shù)是不是已經(jīng)確定，是不是有有效的控制方法，你的工藝規(guī)范是不是已經(jīng)報(bào)批，在設(shè)備選擇和控制這一塊是不是有相應(yīng)的規(guī)定，工藝穩(wěn)定性測(cè)試是不是完成，穩(wěn)定性到底怎么樣，產(chǎn)品制造是不是有明確的檢驗(yàn)方法。

對(duì)613也是一樣，也有很多關(guān)注點(diǎn)，包括零件怎么取樣，怎么抽樣，材料批次是怎么定義的，你生產(chǎn)批次怎么定義，粉末是不是可以重復(fù)使用？如果重復(fù)使用你怎么來(lái)規(guī)定？這些關(guān)注的點(diǎn)比較多。

圍繞這個(gè)我們梳理了一下，圍繞增材制造全流程，在材料的設(shè)計(jì)值，材料整個(gè)設(shè)計(jì)符合性，材料與制造方法，后處理，檢測(cè)方法和基于工藝的認(rèn)證，這幾塊都有比較多的問(wèn)題需要說(shuō)明白，需要舉證和論證的。這一塊國(guó)外比國(guó)內(nèi)走的稍微早一點(diǎn)，F(xiàn)AA和EASA對(duì)GE，波音和空客經(jīng)歷了相應(yīng)的論證過(guò)程，對(duì)于某些零件形成了增材制造認(rèn)證備忘錄，EASA今年跟我們國(guó)內(nèi)的適航審定中心一起，對(duì)我們大客進(jìn)行聯(lián)合審查，我們商飛團(tuán)隊(duì)組織和國(guó)內(nèi)審查方進(jìn)行了多輪溝通對(duì)接，我們自己建的審查工作也在推進(jìn)。

圍繞這些要求，我們商飛公司應(yīng)對(duì)審查方做了哪些應(yīng)對(duì)工作？在原材料方面我們開(kāi)展了粉末原材料的控制研究，涵蓋化學(xué)成分，粉末特性，環(huán)境控制，粉末批次，材料規(guī)范，材料測(cè)試，復(fù)合材料粉末的混合，粉末控制，控制因素，編制了相應(yīng)粉末管理受控的標(biāo)準(zhǔn)文件，這是從我始終方來(lái)說(shuō)關(guān)注原材料是哪些方面。從材料本身，原材料的制造商也要經(jīng)歷適航的審定過(guò)程，整個(gè)原材料的制造過(guò)程也是需要受控的，從我們來(lái)說(shuō)，從它原材料制造的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)三輪九批次，三輪十批次穩(wěn)定性驗(yàn)證。

另外設(shè)備的鑒定和維護(hù)這一塊，我們開(kāi)展了SLM激光熔化設(shè)備鑒定、校準(zhǔn)、維護(hù)測(cè)試，驗(yàn)收鑒定方法研究，選取激光熔化設(shè)備穩(wěn)定性試塊打印和測(cè)試，希望后面有更好的國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)對(duì)民用飛機(jī)來(lái)搭建。除了材料跟設(shè)備，工藝也是審查方非常關(guān)注的點(diǎn)，我們圍繞工藝進(jìn)行長(zhǎng)期的工藝驗(yàn)證工作，這有我們很多合作單位跟我們一起來(lái)做，通過(guò)近兩三年的工藝驗(yàn)證，我們確定鈦合金SLM關(guān)鍵工藝參數(shù)應(yīng)該定在哪一邊，根據(jù)能量輸入的區(qū)別不一樣，跟形成的缺陷有一定的關(guān)系，我們形成了這樣一定的認(rèn)識(shí)。

在后處理這一塊也是一樣，我們開(kāi)展了比較多的工藝驗(yàn)證，包括熱處理跟熱等靜壓工作，對(duì)于受力件的穩(wěn)定性提升有幫助。還有一塊是鈦合金粉末性能設(shè)計(jì)值開(kāi)發(fā)延伸，圍繞拉伸疲勞，斷裂韌性，性能設(shè)置，材料批次，構(gòu)件批次，熱處理批次，設(shè)備差異，工藝窗口等找到了設(shè)計(jì)值，基于上面那些基礎(chǔ)性工作，我們大客23個(gè)艙門(mén)連接件，六大類(lèi)做了典型件的驗(yàn)證，全流程驗(yàn)證工作，目前看下來(lái)OK。

圍繞典型件驗(yàn)證這一塊，我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，除了上面的材料工藝設(shè)備的基礎(chǔ)，圍繞典型件在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，包括復(fù)雜構(gòu)件的變形控制，表面成型質(zhì)量的優(yōu)化還有比較多的工作值得進(jìn)一步來(lái)做。

除了上面鈦合金的激光選區(qū)熔化工藝，我們?cè)贚MD工藝做了一部分工作，我們2019年和北航、西工大合作做了鈦合金梁緣條機(jī)頭窗框測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步測(cè)了技術(shù)數(shù)據(jù)，目前看下來(lái)這些數(shù)據(jù)還不夠，后續(xù)做的工作量還是挺大。

上面是金屬材料這一塊，我們針對(duì)非金屬，SLS工藝開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作，我們打了一些工裝，不是裝機(jī)件，可以很好發(fā)揮增材制造在單件定制這一塊的優(yōu)勢(shì)，我們打了一些零件的噴環(huán)保護(hù)工裝，激光打印支架和接頭。

增材制造在民用飛機(jī)的應(yīng)用發(fā)展方向

從整體來(lái)看，我們目前面臨的主要問(wèn)題是如何也對(duì)審查方的問(wèn)題，近期工作重點(diǎn)開(kāi)展圍繞我們想要推的工藝，開(kāi)展系統(tǒng)化的驗(yàn)證，收集更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，來(lái)說(shuō)服那個(gè)審查方。剛才馬先生說(shuō)我們整個(gè)中國(guó)商飛公司對(duì)如何系統(tǒng)推進(jìn)增材制造件在民用飛機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)形成了整體規(guī)劃，我們會(huì)先推裝機(jī)件和功能件，這一塊已經(jīng)破冰，后續(xù)的推廣相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)。另外推次承力件和主承力件的應(yīng)用，這一塊需要比較長(zhǎng)的時(shí)間周期。最后是推進(jìn)整體變革性結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

發(fā)展重點(diǎn)我們覺(jué)得兩個(gè)方面：

一是工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們圍繞一些新的結(jié)構(gòu)，新的工藝開(kāi)展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法，包括性能評(píng)價(jià)和檢測(cè)方法，適航符合性和可靠性，支持后續(xù)的生產(chǎn)。

二是繞工藝優(yōu)化和生產(chǎn)推進(jìn)，在增材制造控形控性和表面感性，增材制造，特別是特別復(fù)雜的支撐設(shè)計(jì)和工藝仿真這一塊，前面整個(gè)裝機(jī)件破冰之后，后面將面臨批生產(chǎn)的問(wèn)題，增材制造智能車(chē)間批生產(chǎn)技術(shù)也是作為生產(chǎn)單位需要考慮的重大問(wèn)題。

通過(guò)近十年與增材制造打交道，中國(guó)商飛公司認(rèn)為這個(gè)工藝還是比較復(fù)雜的工藝，光靠一家單位沒(méi)有辦法完成，中國(guó)商飛認(rèn)為我們還是要再加強(qiáng)自身能力建設(shè)，加深自身對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)上繼續(xù)開(kāi)放合作的態(tài)度，和廣大合作伙伴一起對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，共同發(fā)展。

前期整個(gè)開(kāi)展這些工作離不開(kāi)好多合作伙伴的幫助，借這次大會(huì)的機(jī)會(huì)，對(duì)前期合作伙伴表示感謝，謝謝大家。