航空航天增材制造“添翼”国产大飞机-金属3D打印工厂

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     12月9日,第二届中国航空航天增材制造技术发展论坛在上海举行。根据上海证券报,会上,专家学者展示了航空航天增材制造领域最新技术和产品,并就航空航天增材制造产业发展现状与趋势展开讨论。

航空航天增材制造“添翼”国产大飞机

 轻量化、结构一体化部件制造

     及对飞机全生命周期运行成本的影响

     中国工程院院士、国家增材制造创新中心主任卢秉恒表示,近年来,增材制造不仅在非技术方面取得了较大进展,在技术发展方面也满足了更多功能需求。激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化等增材制造技术陆续取得进展,推动增材制造在航空航天领域得到进一步应用。

     增材制造相关材料的迭代更新和应用,也为航空航天增材制造发展打开了空间。“新材料会在航空航天领域应用得越来越广。”卢秉恒表示,“以陶瓷材料为例,它具有轻量化并耐高温的特点,在航空航天中有很大的发展空间。此外,一些高性能的材料和合金都在研发中。”在材料的开发上,增材制造平台功不可没,其能很快发明验证新的合金,为航空航天开辟新的材料领域。

      会上,多位专家表示,增材制造在航空航天领域有很大的应用前景,特别是机翼、燃料喷嘴、喷气发动机等零部件。卢秉恒介绍,接下来将考虑增材制造整机方案。“目前,主要考虑大部件,如头部、中机身、后机身、尾段、机翼、尾翼等,这些大型结构在传统制造中须通过焊接、铆接等多次连接。我们考虑直接用增材制造的方式制造这些大部件。”

     据介绍,航空航天大型零件在整个制造过程中需要很多夹具支撑,工装夹具制造需要大量时间。增材制造凭借短链条制造流程优势,能降低供应链压力。“一架大飞机需要上千个铆钉,而这些铆钉基本上需要进口,增材制造的精密技术能解决这个问题。”卢秉恒说。

     南京理工大学教授韦辉亮表示,轻量化设计制造是航天、航空、兵器和工程机械等领域孜孜不倦的追求。传统结构轻量化已到极限,须创新轻量化方法。要实现极限轻量化的设计和制造,须突破几个难题,其中一个难题是结构功能一体化设计。“在这点上,三维点阵结构和拓扑优化结构有优势。”

   据了解,韦辉亮和团队在结构功能一体化方面进行了一系列设计方面的工作,如发明新型点阵结构,根据不同的区域值、温度值的条件调整点阵的形态,实现多项梯度的自调节及功能驱动设计。他们还提出了自适应的拓扑优化和点阵协同优化的方法,建立从几何到仿真优化的统一模型。

    上海航天设备制造总厂有限公司创新中心主任赵凯介绍,增材制造是公司创新中心主要的技术方向。“特种增材制造装备的研制、工艺开发、工程应用级标准都是我们的发展方向。目前,我们正在尝试研发3种增材制造技术,分别是搅拌摩擦焊增材、超声增材、冷喷增材。”

    中国商飞公司增材制造技术中心主任、北京研究中心副总设计师张嘉振表示,增材制造的一大限制因素是价格。对商业飞机而言,增材制造的应用会影响整个供应商链,包括材料构建、规范标准等。“提高经济性不仅要考虑制造成本,还要考虑飞机全寿命周期的运营成本。飞机结构的减重将极大地节约运营成本。”张嘉振说。

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