中國(guó)航天器深度嘗試3D打印技術(shù)
魔猴君 科技前沿 2521天前
據(jù)央視財(cái)經(jīng)，未來(lái)的中國(guó)將要建設(shè)成為科技強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、交通強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)，而廣大科技人員也奮力走在實(shí)現(xiàn)這些宏偉目標(biāo)的路上。
在3D打印方面，中國(guó)的企業(yè)家、科學(xué)家大膽實(shí)踐、勇于創(chuàng)新，創(chuàng)造出了新的金屬制造方式。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院展廳
0.5公斤零件撐起400公斤重量 中國(guó)航天器試水3D打印
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的展廳，濃縮了中國(guó)空間飛行器研制的主要成果，這些航天器對(duì)于減少重量的要求，可謂是嚴(yán)苛之極，因?yàn)槊吭黾右豢说闹亓浚蜁?huì)給發(fā)射帶來(lái)很高的成本，并且會(huì)加大航天項(xiàng)目的復(fù)雜性，甚至直接影響到整個(gè)方案的可行性。為了減輕每一克的重量，研究人員從材料和結(jié)構(gòu)上想了任何可能的辦法。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體部增材制造技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理張嘯雨稱，“這個(gè)就是我們目前工程上最輕的材料，叫蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)里面全部是蜂窩，然后上下的面用的是碳纖維。這種碳纖維非常昂貴，它的一公斤差不多要比那個(gè)同等重量的黃金還要貴一些?！?/span>
減輕重量是不懈的追求。碳纖維材料，加之蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，這幾乎已經(jīng)達(dá)到了減重的極限，但是工程技術(shù)人員對(duì)此還是不滿意，他們希望重量再降低一些。
在制造業(yè)中，傳統(tǒng)制造的方式是“減材制造”是利用已有的幾何模型工件，用工具將材料逐步切削、打磨、減少，最終成為所需要的零件。而3D打印恰恰相反，它是根據(jù)一個(gè)數(shù)字三維文件，在一個(gè)完全沒(méi)有任何材料的平面上，逐層打印、添加材料，最終形成一個(gè)三維整體，這就是所謂的3D打印，也被稱為“增材制造”。
目前，在我國(guó)很多飛機(jī)、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以見(jiàn)到金屬3D打印的身影。無(wú)論是飛機(jī)、船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)、零部件，還是運(yùn)載火箭、空間航天飛行器、無(wú)人機(jī)等航空航天設(shè)備，金屬3D打印部件正在悄悄地取代著傳統(tǒng)制造的零件，并給航空航天等高端制造提供了更多的可能。航天器上很多大大小小的零件，都可以用這種結(jié)構(gòu)來(lái)替代原有的較為笨重的金屬。甚至一根頭發(fā)絲，就可以吊起來(lái)一個(gè)體積不小的衛(wèi)星上的小零件。
3D打印作為一項(xiàng)前沿性的先進(jìn)制造技術(shù)，已成為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要推動(dòng)力。然而，多數(shù)的設(shè)備和工藝尚不成熟，還無(wú)法批量打出穩(wěn)定、耐用、高性能的工業(yè)品來(lái)，處在“模型制造”和實(shí)驗(yàn)階段。但是這種情況正在發(fā)生變化，我國(guó)的金屬3D打印正在不斷地向尖端制造靠攏。
在鑫精合的廠房里，一個(gè)大型的鈦合金航天器零件在制造中。與小型的精密的金屬3D打印機(jī)的技術(shù)不同，大型的打印機(jī)采取了另一種不同的技術(shù)方式——同軸送粉工藝。而中國(guó)在這項(xiàng)技術(shù)上已經(jīng)走在了世界的先列。目前，能用3D打印技術(shù)制造出達(dá)到鍛造水平的金屬部件的國(guó)家，只有德國(guó)、美國(guó)、中國(guó)等少數(shù)幾個(gè)。而鑫精合批量制造大型鈦金屬結(jié)構(gòu)件的能力已經(jīng)在國(guó)際領(lǐng)先。
這種激光“打印”金屬粉末的工藝，使得金屬材料冷卻凝固速度極快，組織細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)異，也具備了像鍛件一樣的高強(qiáng)度。在過(guò)去，這樣巨大的金屬件從開(kāi)模具到鍛造，再到機(jī)械加工，是個(gè)非常浩大的工程，通常需要一年時(shí)間才能完成，而用3D打印的方式，僅需要3-6個(gè)月。
根據(jù)張嘯雨：“可能我們最快的在明年，或者是后年都會(huì)有發(fā)射的型號(hào)來(lái)去做這樣的一個(gè)嘗試。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，而且已經(jīng)開(kāi)始裝星，已經(jīng)開(kāi)始做整星級(jí)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)。”
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