3D打印3.07米高C919中央翼缘条 金属3D打印仅5天
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3D打印3.07米高C919中央翼缘条 金属3D打印仅5天

利用金属3D打印技术打印出的钛合金镂空点阵结构。李晨/摄

  传统工艺6个月才能完成的制造工作,用金属3D打印技术耗时仅5天

  3D打印3.07米高C919中央翼缘条

  站在那根3.07米高的C919中央翼缘条前,歼20总师杨伟久久凝视……让他特别感慨的是,这是一根用我国拥有完全知识产权的金属3D打印技术,“打印”出来的国产大飞机零部件。

  尖端科技之花在产学研后“红”

  这根钛合金材质的C919中央翼缘条,尺寸3.07米,重量196千克,于2012年1月打印成功,同年通过商飞的性能测试,2013年成功应用在国产大飞机C919首架验证机上。

  这是国产机型首次在设计验证阶段,利用3D打印技术制备承力部件,在国际民机的设计生产中亦属首次。更重要的是,作为机翼关键部件,以我国当时的制造能力,还无法锻造出这样超大尺寸的复杂结构件。而如果向国外采购,又势必影响大飞机的国产化率。

  “金属3D打印技术,为钛合金零部件的加工提供了新的技术途径,也为中国的航空制造打开了一扇新窗。”该技术研发人、西北工业大学教授黄卫东告诉中国青年报·中青在线记者。

  “3D打印”学名“增材制造技术”,原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片,然后把要“打印”的材料按切片图形逐层叠加,最终“堆积”成完整的物体。

  为C919制造中央翼缘条,是金属3D打印技术在航空领域应用的典型。黄卫东及其团队应用该技术所打印出的金属材料和零部件,目前已广泛应用于我国的导弹、飞机、火箭、卫星、航空发动机等领域,仅为国产各类飞机就制备了近两万个零部件,其中绝大部分已装机使用。

  早在上世纪90年代初,黄卫东就关注起了能够快速成形、快速进行原型制造的“3D打印技术”。在他的西工大本科同班同学、企业家折生阳的出资支持下,他持续20多年钻研金属3D打印技术,并不断取得重大突破。

  2011年7月,应中国商飞经营合作要求,折生阳与西工大及黄卫东等人共同组建了由西工大技术控股的股份制企业——西安铂力特增材技术股份有限公司。西工大和黄卫东出技术,折生阳等出资金,黄任董事长,折为副董事长。

  产权明晰,责权利清晰的校企合作,促使这一尖端成果加速实现产学研融合。其最具标志性的成果,正是那根3.07米高的C919中央翼缘条。

  回忆起这件“缘条”,黄卫东等人至今印象深刻。2011年年初,“课题组”接到要为C919打印中央翼缘条任务。他们奋力拼搏、日夜鏖战,不到1年时间,在废旧教学实验厂房里建成了现代化工厂,研制出金属3D打印专用设备,完成了一系列要求极高的性能测试工作,同时组建西安铂力特公司,并赶在2012年年初完成了打印缘条的准备工作。

  此后,团队20多人加班加点,与时间赛跑,终于赶在2012年1月22日上午,一次性成功打印完成了第一件C919中央翼缘条。“那天正逢大年三十。”当天中午,激动的西工大周尧和院士宴请攻坚团队吃了顿团圆饭,“团圆饭从中午一直吃到大年三十晚上,大多数人都喝多了!”吃完饭、喝完酒,已是新年的大年初一,团队成员赵晓明才想起还没置办年货。

  公司化后,黄卫东团队的金属3D打印技术在科研上突飞猛进,产业化也进展神速。2018年,这一技术为中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等200多家单位,增材制造超过3万件金属零件,批量应用于一批先进的飞机、发动机、火箭和卫星等国家重大任务。

3D打印3.07米高C919中央翼缘条 金属3D打印仅5天

  铂力特公司副总经理杨东辉展示采用具有自主知识产权的“金属3D打印”技术和设备,打印出的C919中央翼缘条。李晨/摄

  行业翘楚引得“空客”来

  2017年3月,在上海举行的亚洲3D打印、增材制造博览会上,一件超大尺寸的航空发动机叶片吸引了参观者的目光。

  这件933mm的零件,是目前世界上SLM(铺粉方式)技术打印的一次成形尺寸最大的钛合金零件。叶片重量与同尺寸碳纤维复合材料叶片相当,但侧向性能更好,整体化成形也使得零件的可靠性大大提高。

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