0.5公斤零件撐起400公斤重量 中國航天器試水3D打印

為了突破西方對于中國的核心技術封鎖度气，中國的企業(yè)家巩那、科學家大膽實踐墨榄、勇于創(chuàng)新玄糟，不僅是造出了被西方國家壟斷的錸（lái）金屬核心部件，還創(chuàng)造出了新的金屬制造方式袄秩。2017年9月20日阵翎，世界頂尖的金屬3D打印設備制造商德國斯棱曼公司（SLM Solutions）與一家中國公司簽下了合作協(xié)議，與一家中國公司成立聯(lián)合應用研發(fā)中心播揪，將展開針對中國市場的應用研發(fā)贮喧。

金屬材料的3D打印技術門檻高，難度大猪狈，附加值高箱沦，金屬3D打印的產(chǎn)值也占到了整個3D打印行業(yè)的80%以上。在金屬3D打印方面雇庙，西方國家的技術也長期領先于中國谓形。而如今，金屬3D打印正在越來越多地出現(xiàn)在中國制造的高端裝備上穆惩，這讓世界領先的企業(yè)柒谈，也注意到了中國企業(yè)在這個方面取得的創(chuàng)新和成就。

中國航天科技集團五院的展廳咖自，濃縮了中國空間飛行器研制的主要成果胖辨，這些航天器對于減少重量的要求，可謂是嚴苛之極逼渤，因為每增加一克的重量讹毁，就會給發(fā)射帶來很高的成本，并且會加大航天項目的復雜性，甚至直接影響到整個方案的可行性让多。為了減輕每一克的重量卫银，研究人員從材料和結構上想了任何可能的辦法。

中國航天科技集團五院總體部增材制造技術項目經(jīng)理張嘯雨說：這個就是我們目前工程上最輕的材料顶食，叫蜂窩夾層結構掐边，這種結構里面全部是蜂窩，然后上下的面用的是碳纖維熄阻。這種碳纖維非常昂貴斋竞，它的一公斤差不多要比那個同等重量的黃金還要貴一些。減輕重量是不懈的追求饺律。碳纖維材料窃页，加之蜂窩狀的結構，這幾乎已經(jīng)達到了減重的極限复濒，但是工程技術人員對此還是不滿意脖卖，他們希望重量再降低一些∏删保可是畦木，如何才能實現(xiàn)新的突破呢？

位于北京市昌平區(qū)的一間廠房砸泛，正在生產(chǎn)著鈦合金十籍、鋁合金、不銹鋼等多種金屬的零部件唇礁。但是與其它的冶金廠房不同勾栗，在這里，記者看不到金屬鍛造的大型設備盏筐，也看不到很多的技術工人操作幌侧，只看見一臺臺3D打印的機器在忙碌地工作著。這個金屬打印技術叫激光選區(qū)熔化规学，使用激光照射預先鋪展好的金屬粉末整栏，使其成形固定。經(jīng)過兩天時間橡周，制造過程終于接近尾聲碗昭，技術人員小心翼翼地將“打印機”中多余的粉末掃去，一個結構非常復雜和精巧的鈦金屬立方體顯現(xiàn)出來膊向。

鑫精合激光科技發(fā)展有限公司副總經(jīng)理孫峰說：鈦合金在我們冶金行業(yè)体笨，是一種非常難成形的一種材料牌號，它的冶金工藝非常的復雜糙娃，通過我們這次3D打印工藝蒜肥，把這么難做的一個鈦合金，通過我們3D打印工藝，呈現(xiàn)出這樣一個輕量化的結構來碟堵。

在制造業(yè)中，傳統(tǒng)制造的方式是“減材制造”腹忽，它是利用已有的幾何模型工件来累，用工具將材料逐步切削、打磨窘奏、減少嘹锁，最終成為所需要的零件。而3D打印則恰恰相反着裹，它是根據(jù)一個數(shù)字三維文件领猾，在一個完全沒有任何材料的平面上，一點點逐層打印骇扇、添加材料摔竿，最終形成一個三維整體，這就是所謂的3D打印少孝，也被稱為“增材制造”继低。

這樣一個邊長20厘米左右的立方體，如果用傳統(tǒng)的金屬鑄造工藝制造稍走，重量至少要在5公斤以上袁翁，而這個零件的重量卻只有0.5公斤，只有以前的十分之一现辰，大大減輕了重量盔雷，卻具備高強度。孫峰現(xiàn)場給我們做了一個演示托捆。將近100公斤的孫峰篱汤，整個人站在這個立方體上都沒有問題，孫峰告訴我們嗜吉，它最大的承受力在300到400公斤莱火，那可能是800倍到1000倍的載荷。

目前熄自，在我國很多飛機驻碟、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以見到金屬3D打印的身影专菠。無論是飛機卸禽、船舶的發(fā)動機、零部件茄敲，還是運載火箭洪稿、空間航天飛行器、無人機等航空航天設備，金屬3D打印部件正在悄悄地取代著傳統(tǒng)制造的零件疟位，并給航空航天等高端制造提供了更多的可能瞻润。航天器上很多大大小小的零件，都可以用這種結構來替代原有的較為笨重的金屬甜刻。甚至一根頭發(fā)絲绍撞，就可以吊起來一個體積不小的衛(wèi)星上的小零件。

孫峰說：它的輕量化效果非常的好得院，整個零件它的減重達到了30%以上傻铣，它給咱們整個火箭發(fā)射這一塊，成本節(jié)約了幾百萬祥绞，甚至上千萬人民幣的一個效果非洲。我們傳統(tǒng)制造業(yè)來說，制造一顆衛(wèi)星它可能需要幾個月甚至幾年的時間蜕径，通過我們3D打印工藝實現(xiàn)整個衛(wèi)星的機構两踏，可能只需要十幾天的時間，一顆小的衛(wèi)星可以打出來丧荐。

3D打印作為一項前沿性的先進制造技術缆瓣，已經(jīng)成為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力。 然而圣辩，多數(shù)的設備和工藝尚不成熟啼厌，還無法批量打出穩(wěn)定、耐用匆罗、高性能的工業(yè)品來终于，處在“模型制造”和實驗階段。但是這種情況正在發(fā)生變化记辖，我國的金屬3D打印正在不斷地向尖端制造靠攏禁脏。

在鑫精合的廠房里，一個大型的鈦合金航天器零件苗圃，即將在這臺由中國民營企業(yè)自主研發(fā)的大型金屬3D打印機里誕生谣泄。與小型的精密的金屬3D打印機的技術不同，大型的打印機采取了另一種不同的技術方式——同軸送粉工藝惫饲。而中國在這項技術上已經(jīng)走在了世界的先列褂圣。目前，能用3D打印技術制造出達到鍛造水平的金屬部件的國家裤础，只有德國懊悯、美國、中國等少數(shù)幾個梦皮。而鑫精合批量制造大型鈦金屬結構件的能力已經(jīng)在國際領先炭分。這種激光“打印”金屬粉末的工藝桃焕，使得金屬材料冷卻凝固速度極快，組織細小捧毛，力學性能優(yōu)異观堂，也具備了像鍛件一樣的高強度。

直徑4米的航天器部件拆分成6個2米左右的大零件呀忧，3D打印并加工后型将，再進行整體焊接。在過去荐虐，這樣巨大的金屬件從開模具到鍛造，再到機械加工丸凭，是個非常浩大的工程福扬，通常需要一年時間才能完成，而用3D打印的方式惜犀，僅需要3-6個月铛碑。張嘯雨說：可能我們最快的在明年，或者是后年都會有發(fā)射的型號來去做這樣的一個嘗試势纺。我們大概現(xiàn)在有60件到100件的產(chǎn)品已經(jīng)是在完成了制造赦锰，而且已經(jīng)開始裝星，已經(jīng)開始做整星級的力學實驗演茂。

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