全球首架C919大型客機交付東方航空，看看背后用到的3D打印技術(shù)

2022年12月9日，南極熊獲悉，中國東航(600115)在中國商飛浦東祝橋基地，接收了全球首架交付的國產(chǎn)C919大型客機。此次交付，意味著我國走完了噴氣式大型客機設(shè)計、試制、試驗、試飛、取證、生產(chǎn)、交付的全過程。東航也成為全球首家商業(yè)運營C919大型客機的航空公司。

C919大型客機是我國按照國際民航規(guī)章自行研制、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型噴氣式民用飛機，座級158-168座，航程4075-5555公里。根據(jù)計劃，在接收首架C919后，東航首批C919訂單的其余四架飛機也將在明年全部交付。首架C919將開展100小時以上空機驗證試飛。

919的研制攻克了包括飛機發(fā)動機一體化設(shè)計、電傳飛控系統(tǒng)控制律、主動控制技術(shù)、全機精細化有限元模型分析等在內(nèi)的100多項技術(shù)。不包括機載系統(tǒng)，僅大飛機自身的部段、部件，如果全部拆成零件，總共約有100萬個小零件。目前C919國產(chǎn)大飛機，已經(jīng)獲得32個客戶超過1000架的訂單。

△C919大飛機飛行中的樣子，圖源：CCTV

南極熊依然非常關(guān)注C919大飛機在研發(fā)、試制、交付等工程中使用到的3D打印技術(shù)。在今天舉辦的“第二屆中國航空航天增材制造技術(shù)發(fā)展論壇”上，中國商飛公司增材制造技術(shù)中心主任張嘉振表示：“增材制造可以大規(guī)模的減少飛機制造的費用，節(jié)省小批量零件生產(chǎn)的交付時間，優(yōu)化零件設(shè)計、減少連接，提高零件性能�！�

在經(jīng)濟效益方面，3D打印可以降低飛機全壽命周期的運營成本。據(jù)測算，1架飛機的全生命周期中，每減重1公斤可以解決約20萬元人民幣。

下面我們來回顧一下，C919在研發(fā)、試制中使用的3D打印技術(shù)：

3D打印C919機頭鈦合金主風(fēng)擋整體窗框

在抖音舉辦的《院士開講》中，北京航空航天大學(xué)王華明院士分享用3D打印技術(shù)研發(fā)和制造C919機頭主風(fēng)擋窗框的攻堅經(jīng)歷。

△中央電視臺CCTV4 《魯健訪談》欄目中，北京航空航天大學(xué)王華明院士展示

C919機頭主風(fēng)擋窗框尺寸大、形狀復(fù)雜，國內(nèi)飛機制造廠的傳統(tǒng)方法無法制作。歐洲一家公司可以制作，但周期漫長，需要兩年時間才能交貨，而且價格高昂，僅每件模具費就要50萬美元。

2009年，王華明團隊利用3D打印技術(shù)，耗時55天做出了C919機頭鈦合金主風(fēng)擋整體窗框，成本不足歐洲鍛造模具費的十分之一。

王華明團隊通過和沈陽飛機設(shè)計研究所等機構(gòu)的密切合作，在大型關(guān)鍵構(gòu)件的制造上，已經(jīng)取得了質(zhì)的突破。除了省去模具、傳統(tǒng)鑄造鍛造外，由于把三維問題當成二維來做，零件的大小、形狀、尺寸，不再受制約，理論上不再受到制約。

“它將會改變未來裝備的結(jié)構(gòu)，也許會改變未來裝備性能，也許一個飛機需要3萬個零件，自重好幾十噸，現(xiàn)在有了3D打印之后，幾萬個零件，也許變成2000個零件，數(shù)量已經(jīng)大幅度減少。通過打印高品質(zhì)的材料，強度在提高，自重也在減輕�！蓖跞A明說。

3D打印C919中央翼緣條

在中國青年報的一次采訪中，西北工業(yè)大學(xué)的黃衛(wèi)東教授講述了為C919打印中央翼緣條的故事。

△鉑力特公司采用自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬3D打印技術(shù)和設(shè)備，打印出的C919中央翼緣條

2011年年初，“課題組”接到要為C919打印中央翼緣條任務(wù)。他們奮力拼搏、日夜鏖戰(zhàn)，不到1年時間，在廢舊教學(xué)實驗廠房里建成了現(xiàn)代化工廠，研制出金屬3D打印專用設(shè)備，完成了一系列要求極高的性能測試工作，同時組建西安鉑力特公司，并趕在2012年年初完成了打印緣條的準備工作。

此后，團隊20多人加班加點，與時間賽跑，終于趕在2012年1月22日上午，一次性成功打印完成了第一件C919中央翼緣條。

這根鈦合金材質(zhì)的C919中央翼緣條，尺寸3.07米，重量196千克，2012年通過商飛的性能測試，2013年成功應(yīng)用在國產(chǎn)大飛機C919首架驗證機上。

這是國產(chǎn)機型首次在設(shè)計驗證階段，利用3D打印技術(shù)制備承力部件，在國際民機的設(shè)計生產(chǎn)中亦屬首次。更重要的是，作為機翼關(guān)鍵部件，以我國當時的制造能力，還無法鍛造出這樣超大尺寸的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。而如果向國外采購，又勢必影響大飛機的國產(chǎn)化率。

“金屬3D打印技術(shù)，為鈦合金零部件的加工提供了新的技術(shù)途徑，也為中國的航空制造打開了一扇新窗�！秉S衛(wèi)東教授表示。

3D打印C919登機艙門鈦合金機構(gòu)零件

C919在2016年11月8號順利點火時，C919的前機身和中后機身的登機門、服務(wù)們以及前后貨艙門上還使用了23個金屬3D打印部件，是由金屬3D打印服務(wù)商飛而康完成的。飛而康科技采用基于SLM的3D打印技術(shù)，對風(fēng)扇進氣入口構(gòu)件的這種鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)開展了技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過不懈的努力在4個月時間內(nèi)先后攻克了鈦合金大型薄壁件常見的應(yīng)力開裂和型面變形等問題，按時完成了產(chǎn)品交付，為C919順利點火做出了巨大的貢獻。

△由飛而康3D打印的C919飛機登機艙門鈦合金機構(gòu)零件分布圖

C919安裝的LEAP-1C發(fā)動機

2015年7月22日，中國商飛公司和CFM國際公司舉行儀式，慶祝首臺CFM LEAP-1C發(fā)動機交付。這臺發(fā)動機將安裝在首架C919飛機上，為飛機的下線和首飛做準備。

了解這臺發(fā)動機的讀者都會知道，LEAP-1C中使用了3D打印的燃油噴嘴。

LEAP是由GE與法國賽峰（Safran）集團各出資50%組建的合資企業(yè)CFM研制的新一代航空發(fā)動機，具有更好的燃油經(jīng)濟性和更低的二氧化碳排放量，現(xiàn)已廣泛用于波音737、空客A320、以及我國的C919等單通道客機。在2014年，由于改用了3D的燃油噴嘴，其性能得到了進一步提升（能更高效地混合與注入燃料）。

3D打印的C919大飛機模型

2018年，微博用戶@灰犬公園 秀出了他和女兒利用暑假期間3D打印的C919大飛機，完成這個作品確實下了很大的工夫，下面就來一起欣賞一下，別人的暑假作業(yè)吧：

3D打印技術(shù)在鍛煉孩子三維創(chuàng)意設(shè)計、動手能力、科學(xué)知識等方面有很好的作用，因此不少學(xué)校甚至家庭都開始采購3D打印機，用來教學(xué)和體驗，然而對于青少年，大部分人仍處于初步接觸階段，要讓他們靈活運用，還有很長的路要走。南極熊希望這樣的案例能夠帶動更多人，主動的來進行創(chuàng)作。

總結(jié)

作為擁有上百萬個零件的一個超級復(fù)雜的產(chǎn)品，其研發(fā)、試制、生產(chǎn)的過程中充滿的無數(shù)的挑戰(zhàn)，可以應(yīng)用3D打印技術(shù)的地方也非常多，其中可能還有很多用到3D打印的地方因為保密原因未曾公開過。

南極熊也衷心的希望，C919的批量生產(chǎn)中能夠越來越多的用到3D打印。