隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，在制造業(yè)進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級(jí)的新時(shí)代背景下跃须，增材制造作為航空航天領(lǐng)域的“新科技”呈現(xiàn)出融合發(fā)展的態(tài)勢(shì)炮沐。1月5日，在哈爾濱舉行的首屆中國航空航天3D打印材料及應(yīng)用制備技術(shù)博覽會(huì)暨高峰論壇上佛缕，來自全球的專家學(xué)者碉伙、3D打印企業(yè)代表匯聚一堂，聚焦產(chǎn)業(yè)和技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)與創(chuàng)新應(yīng)用陈汇，探討技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑真译，為推動(dòng)我國航空航天事業(yè)發(fā)展建言獻(xiàn)策。

高性能大型關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)件增材制造技術(shù)及其對(duì)重大裝備制造業(yè)的影響

中國工程院院士燕柠，王華明院士講到猬蚤，傳統(tǒng)航空航天大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件制造技術(shù)存在重型裝備、大型模具尊慷，材料費(fèi)执寺、周期長、成本高等問題肖婴。大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是超常冶金/快速凝固洞惕，具備高性能材料制備與復(fù)雜機(jī)構(gòu)制造一體化。無需大型鍛造及模具略裹、短流程竟坛、低成本、短周期钧舌，材料利用率高担汤、機(jī)械加工量少，數(shù)字制造洼冻、快速響應(yīng)崭歧、快速修復(fù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

制約大型金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)這一世界性的技術(shù)難題的四大“瓶頸”撞牢，一是如何控制熱應(yīng)力率碾，大型構(gòu)件的成形；二是內(nèi)部質(zhì)量控制普泡，關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)用播掷；三是工藝過程的控制审编，大型成套裝備的應(yīng)用撼班；四是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立歧匈。

在這四大瓶頸問題上，北京航空航天大學(xué)王華明院士團(tuán)隊(duì)做出了響應(yīng)的技術(shù)突破砰嘁，一是提出系列“內(nèi)應(yīng)力控制”理論嚎猛，建立整套零件“變形開裂預(yù)防”方法，初步解決了“難以成形大型構(gòu)件”的問題鹤梯。二是揭示凝固晶粒拉鳄、內(nèi)部缺陷和顯微結(jié)構(gòu)演化機(jī)制，建立“內(nèi)部質(zhì)量主動(dòng)控制”方法犬洽，解決構(gòu)件“力學(xué)性能控制”瓶頸問題凳福。三是提出激光增材制造裝備系統(tǒng)新原理，研究出構(gòu)件成形能力達(dá)4X3X2m的系列化大型工程成套裝備并批量工業(yè)應(yīng)用纪萎，初步解決“大型工程成套裝備”難題则钩。四是“產(chǎn)學(xué)研用”緊密結(jié)合，經(jīng)長期試驗(yàn)和工程實(shí)踐虹限，建立整套應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系檀巡，解決了工程應(yīng)用“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”問題。

最后王華明院士在高性能大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件增材制造的挑戰(zhàn)彭薪、進(jìn)展及對(duì)重大裝備制造業(yè)的影響中談到宜恩，增材制造未來將變革材料冶金技術(shù)/擺脫傳統(tǒng)冶金對(duì)材料制備及性能的原理性制約，實(shí)現(xiàn)非平衡夜矗、梯度泛范、難熔等高性能新材料的智能制造與高性能復(fù)雜構(gòu)件的數(shù)字制造；變革重大裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能功能紊撕，實(shí)現(xiàn)超常性能敦跌、超常功能；變革制造技術(shù)逛揩，實(shí)現(xiàn)重大裝備大型/超大型柠傍、復(fù)雜/超復(fù)雜及多品種/小批量/批量定制化、高性能關(guān)鍵金屬構(gòu)件的快速辩稽、低成本惧笛、數(shù)字化智能制造；變革社會(huì)生產(chǎn)制造模式逞泄。

增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用

中國航天科工三院患整，張紅文院長提出，在航天生產(chǎn)領(lǐng)域喷众，信息化各谚、體系化、系列化、高效與精準(zhǔn)打擊等方面的發(fā)展需求甥鼠，對(duì)航天產(chǎn)品的性能块生、效能、可靠性岭笔、經(jīng)濟(jì)科承受性廓蒜、研制周期、綠色環(huán)保等要求也越來越高钻国，對(duì)增材制造的技術(shù)需求奴妈，特別是在航天產(chǎn)品中內(nèi)部輕量化異型精密構(gòu)件、中小型超復(fù)雜薄壁帶型腔構(gòu)件燎称、支撐骨架+外表蒙皮的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件窃愿、艙體骨架梁框類等大型主承力整體構(gòu)件4大類產(chǎn)品，尤為迫切贩溉。

張紅文院長介紹了航天科工集團(tuán)增材制造應(yīng)用實(shí)踐：

一是增材制造推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新恨递，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一體化，可將數(shù)十個(gè)破溺、數(shù)百個(gè)甚至更多零件組裝的產(chǎn)品進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)启疙，3D打印一次制造出來，大大簡化了制造工序裕循；可使結(jié)構(gòu)更加緊湊臣嚣，各個(gè)結(jié)構(gòu)集成的同時(shí)大大減少了質(zhì)量與體積；可節(jié)約制造和裝配成本剥哑，消除裝配誤差硅则。使結(jié)構(gòu)功能一體化，通過最合理的復(fù)雜內(nèi)流道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最理想的溫度控制手段株婴，通過不同材料復(fù)合實(shí)現(xiàn)同一零件不同部位的功能需求怎虫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同一零件不同部位承受不同的應(yīng)力狀態(tài)，更理想的溫度控制和更優(yōu)化的力學(xué)結(jié)構(gòu)困介。通過最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來顯著減輕金屬結(jié)構(gòu)件的重量大审，從而節(jié)約昂貴的航空材料，降低加工成本座哩，可實(shí)現(xiàn)載荷的均勻分布徒扶，提升產(chǎn)品在復(fù)雜工況條件下的可靠性與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重量占比的大幅下降根穷。

二是推動(dòng)傳統(tǒng)制造技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)姜骡，通過激光組合制造技術(shù)改造升級(jí)傳統(tǒng)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工形成最佳的制造策略诽怨，可以在鑄造勃经、鍛造和機(jī)械加工等傳統(tǒng)工藝技術(shù)制造出來的零件上吭匀，任意添加精細(xì)結(jié)構(gòu)，并且使用其具有與整體制造相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能浩铺，同時(shí)激光增材制造技術(shù)可以制造毛坯螺城，而后用建材制造的方法進(jìn)行后處理。

三是開發(fā)系列化增材制造專用材料淡藻，目前金屬3D打印技術(shù)的首要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天工業(yè)廊睹，對(duì)現(xiàn)有材料的3D打印適應(yīng)性研究主要針對(duì)的是航空航天材料砚粒，如高性能鈦合金缔沐、高溫合金、超過強(qiáng)度鋼以及鋁合金等益柳。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展尊陪，鈷合金、銅合金捕谢、復(fù)合材料段物、梯度材料、非晶合金等材料的增材制造應(yīng)用將越來越廣泛轧简。

增材制造技術(shù)在大型民機(jī)上的應(yīng)用

中國商飛增材制造技術(shù)應(yīng)用研究中心主任驰坊，張嘉振主任提出，民用商業(yè)飛機(jī)的增材制造技術(shù)有三大需求哮独。

一是創(chuàng)新設(shè)計(jì)需求拳芙，3D打印技術(shù)正在改變民用機(jī)的設(shè)計(jì)思維，在設(shè)計(jì)自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)皮璧，使其在飛機(jī)制造業(yè)中的地位日益重要舟扎。對(duì)于3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空領(lǐng)域，已經(jīng)不再是局限于是便宜還是快的討論層面悴务，而是研究整體性能和經(jīng)濟(jì)效益的提升所帶來競爭力的提升睹限。

二是，快速設(shè)計(jì)驗(yàn)證需求讯檐，縮短設(shè)計(jì)周期羡疗，在工業(yè)設(shè)計(jì)階段，3D打印技術(shù)低成本快速成型的特點(diǎn)可彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝制作周期長别洪，成本高的問題叨恨，設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)打印出設(shè)計(jì)模型驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果。簡化加工過程吝蔽，可直接加工出部分結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的非受力件或受力件端辛、艙門裝飾件等，簡化加工過程超肃。

三是希没，快速客戶響應(yīng)需求械拉，如果能夠利用3D打印的快速加工特性，在現(xiàn)場(chǎng)或附近快速制造出所需航材腿伟，那么客戶的AOG航材需求將能夠迅速滿足鸿铐。3D打印不僅可用于批量制造飛機(jī)零部件、生產(chǎn)飛機(jī)維修所需的航材芬过，而且可以利用其快速加工的特性胞仅，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)缺少而又無法短期內(nèi)采購到位的航材進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制造，保障航材緊急需求佣今。在民航維修領(lǐng)域唁映，利用3D打印技術(shù)開發(fā)飛機(jī)結(jié)構(gòu)和部件修復(fù)方法，提供快速靠汁、低成本維修蜂大，縮短飛機(jī)維修停場(chǎng)時(shí)間，降低維修成本蝶怔。另外奶浦，還可以根據(jù)維修工作需求和經(jīng)驗(yàn)，利用3D打印技術(shù)開發(fā)飛機(jī)維修所需的特殊工具踢星、加工等效替代工裝澳叉，提高飛機(jī)維修工作效率、降低維修成本沐悦。

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增材制造技術(shù)在航空領(lǐng)域的研究應(yīng)用

航空工業(yè)特種加工首席專家成洗、中國航空制造技術(shù)研究院副總工程師，鞏水利提出了增材制造技術(shù)在航空領(lǐng)域的四大應(yīng)用所踊。

一是支撐全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)泌枪，能夠制造新型結(jié)構(gòu)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新秕岛，例如空間點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)碌燕，具有結(jié)構(gòu)輕、剛性好继薛，散熱好等特點(diǎn)预旺，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化無應(yīng)力集中，復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式通過增材制造很容易實(shí)現(xiàn)灯彩。

二是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的“混合制造”思想浪熙，利用“增材”的特點(diǎn)，可將由多個(gè)零件連接而成的裝配組件變成單件整體結(jié)構(gòu)阵蔚，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)效率最優(yōu)化锨蹄。例如飛機(jī)大型翼梁的“混合制造”對(duì)于厚度變化十分劇烈的結(jié)構(gòu)，模鍛難以保證組織性能的均勻性扶免，通過混合制造技術(shù)努墩，在形狀簡單的鍛件上形成局部的凸起的耳片及筋條吠冒，可以大大降低成本。

三是實(shí)現(xiàn)快速制造引晌、直接制造焙恬，增材制造技術(shù)無需預(yù)投工裝模具、加工柔韌性好赌骏，反應(yīng)敏捷琢窗，可即時(shí)調(diào)整制造方案，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)制造晒杈。小型機(jī)構(gòu)精密增材制造技術(shù)在空客嫂伞、羅·羅、EADS等公司的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)上已有大量應(yīng)用桐智。

四是實(shí)現(xiàn)缺損零件的修復(fù)末早，增材制造技術(shù)可以對(duì)高價(jià)值零件進(jìn)行修復(fù)烟馅，挽救因誤加工或使用中損傷的零件说庭，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、整體葉盤郑趁、框梁等刊驴。

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