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(dòng)力！

來(lái)源: 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院



中國(guó)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(shì)，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)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(hào)產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級(jí)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(guó)航天事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供源源動(dòng)力。

滋潤(rùn)產(chǎn)品的“泉眼”

麥肯錫全球研究院（MGI）曾列舉過(guò)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(shì)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(zhǎng)羅志偉介紹道：“利用增材制造技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)型號(hào)產(chǎn)品性能提升，以及設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式的升級(jí)換代�！�

首都航天機(jī)械有限公司利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(gè)充滿幾何美感的小方塊，自豪地介紹說(shuō)：“這就是我們?cè)霾闹圃斓狞c(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)�！边@個(gè)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(duì)面，別看它像是金屬絲織成的毛線團(tuán)，卻可支撐起一個(gè)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(wú)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(hào)產(chǎn)品舵翼、套筒等產(chǎn)品中，它能夠同時(shí)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(kāi)發(fā)了極小曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)，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(hào)的增材制造體系，為航天產(chǎn)品升級(jí)換代提供了有力支撐。

在增材制造分公司的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)器的轟鳴聲仿佛催動(dòng)著時(shí)間。這里是“泉眼”，新技術(shù)流淌而出，滋潤(rùn)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(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。

新模式帶來(lái)“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(shí)，特別需要實(shí)打?qū)嵉男吞?hào)應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證新技術(shù)的可靠。
此時(shí)長(zhǎng)征十一號(hào)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(gè)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(kāi)了產(chǎn)品在型號(hào)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(duì)操作人員技能水平的依賴，增材制造更注重在線監(jiān)測(cè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(lái)的成品具有短鏈條、少庫(kù)存、少焊縫的優(yōu)勢(shì)，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(guó)際上公開(kāi)報(bào)道中最大的整體增材制造推力室銅合金內(nèi)壁，同時(shí)承攬了多個(gè)民用航天企業(yè)發(fā)動(dòng)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(duì)優(yōu)勢(shì)，源自科技創(chuàng)新、源自產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級(jí)。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(duì)首都航天機(jī)械有限公司做好、做實(shí)產(chǎn)品升級(jí)提出了更高的要求。增材制造的制造過(guò)程無(wú)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(shì)，為公司開(kāi)拓出了一片美好前景，是產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的最佳選擇之一。

但是增材制造技術(shù)并非萬(wàn)能，材料性能批次穩(wěn)定性的問(wèn)題，以及材料、設(shè)備之間的匹配性等問(wèn)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(zhǎng)梁曉康說(shuō)：“增材制造對(duì)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(wú)人工廠模式發(fā)展�！痹霾闹圃旆止�司也以理性的態(tài)度推動(dòng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。

他們開(kāi)啟了機(jī)械加工、熱處理、表面處理、無(wú)損檢測(cè)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(shí)，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(wèn)題，在國(guó)際航天領(lǐng)域走在前列。首都航天機(jī)械有限公司是國(guó)內(nèi)率先開(kāi)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(wèn)題的同時(shí)，首都航天機(jī)械有限公司的增材制造產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始了“走出去”新路程。首都航天機(jī)械有限公司與優(yōu)勢(shì)單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大直徑的超大幅面激光選區(qū)熔化設(shè)備和國(guó)內(nèi)首臺(tái)套銅合金專業(yè)激光選區(qū)熔化設(shè)備，開(kāi)展了1.5米級(jí)大型鈦合金艙段、液體火箭發(fā)動(dòng)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(hào)產(chǎn)品中應(yīng)用，2023年創(chuàng)造了近1億元的年產(chǎn)值�！拔覀儬�(zhēng)取早日走向航天技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)，也會(huì)向包括原材料、核心器件開(kāi)發(fā)等為主的產(chǎn)業(yè)上游，以及增材制造裝備與工藝開(kāi)發(fā)的中游繼續(xù)拓展�！绷簳钥当硎尽�

未來(lái)，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(dòng)力。