3D打印鈦合金部件 有效控制C919研制成本與周期

中國(guó)商飛北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心（北研中心）發(fā)展戰(zhàn)略研究部高級(jí)工程師孫香云在接受《中國(guó)信息化周報(bào)》記者獨(dú)家采訪時(shí)介紹，北研中心是中國(guó)商飛重點(diǎn)建設(shè)的高層次海外人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，是開(kāi)展民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究，背景型號(hào)總體論證，民機(jī)戰(zhàn)略性、前瞻性、關(guān)鍵性和基礎(chǔ)性技術(shù)研究機(jī)構(gòu)。

孫香云重點(diǎn)向記者介紹了中國(guó)商飛在C919研制中對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用的探索與實(shí)踐，以及該技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用情況。目前，在航空領(lǐng)域，3D打印技術(shù)備受關(guān)注，波音、空客、GE都將其作為戰(zhàn)略性技術(shù)進(jìn)行攻克，并開(kāi)展布局建設(shè)。中國(guó)商飛的高層領(lǐng)導(dǎo)非常具有戰(zhàn)略眼光，高度重視3D打印技術(shù)，強(qiáng)調(diào)商飛一定要在這方面不斷嘗試推進(jìn)。

商飛為什么要如此重視3D打印，孫香云認(rèn)為原因有兩個(gè)：一是像研制C919這種大型民用飛機(jī)，采用3D打印技術(shù)替代傳統(tǒng)方式，從時(shí)間和成本角度考慮，可以有效解決產(chǎn)品的研制進(jìn)度和周期等問(wèn)題；二是3D打印技術(shù)可能給大飛機(jī)甚至是航空業(yè)帶來(lái)本質(zhì)性變革，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到運(yùn)營(yíng)和維修的理念和模式，都會(huì)產(chǎn)生影響。

其實(shí)，早在2013年，就有媒體報(bào)道，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919長(zhǎng)達(dá)3米的中央翼緣條就是用3D打印的鈦合金結(jié)構(gòu)件。西工大與中國(guó)商飛合作，應(yīng)用激光立體成形技術(shù)解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問(wèn)題?！凹す饬Ⅲw成形制造成本與國(guó)外鍛壓制造成本差不多，最重要的是形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色新技術(shù)?！蔽鞴ご竽碳夹g(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任黃衛(wèi)東在接受采訪時(shí)說(shuō)。

其實(shí)，除了3D打印中央翼緣條，C919還裝載了28個(gè)3D打印鈦合金零部件，分別應(yīng)用在C919前機(jī)身和中后機(jī)身的登機(jī)門(mén)、服務(wù)門(mén)以及前后貨艙門(mén)上。而這些零部件是由C919大飛機(jī)前機(jī)身和中后機(jī)身大部段主要生產(chǎn)商——中航工業(yè)洪都委托飛而康快速制造科技有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱飛而康科技）生產(chǎn)的。

成立于2012年8月的飛而康科技是航天航空和醫(yī)療機(jī)械行業(yè)的金屬3D打印解決方案提供商，業(yè)務(wù)板塊涵蓋從原材料金屬粉末制備、打印工藝，到后期性能改進(jìn)、熱處理以及機(jī)加工和檢測(cè)的全流程，甚至可為客戶提供一條龍建廠及提供技術(shù)支撐等方案。

當(dāng)年空客公司實(shí)現(xiàn)3D打印標(biāo)準(zhǔn)化并將其納入供應(yīng)鏈，標(biāo)志著3D打印真正進(jìn)入到航空制造應(yīng)用領(lǐng)域。而現(xiàn)在中國(guó)商飛在第一架商用大飛機(jī)C919上使用3D打印技術(shù)，也標(biāo)志著在這一方面，我們并不落后于國(guó)外。

說(shuō)到為什么會(huì)選擇飛而康科技，公司董事長(zhǎng)沈于藍(lán)在接受《中國(guó)信息化周報(bào)》記者獨(dú)家采訪時(shí)表示，因?yàn)轱w而康科技擁有強(qiáng)有力的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)服務(wù)于波音、GE等客戶，因此商飛和飛而康科技，共同設(shè)定建立了3D打印適用于民航的體系要求，而后經(jīng)過(guò)3年多的驗(yàn)證，飛而康的技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了各種性能指標(biāo)的檢測(cè)，最終積累了驗(yàn)證性能的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)結(jié)果表明飛而康科技的3D打印產(chǎn)品具備航空要求的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，能夠上到民用飛機(jī)。所以飛而康科技承擔(dān)了這些艙門(mén)零部件的3D打印生產(chǎn)。

沈于藍(lán)介紹，2016年6月，飛而康科技應(yīng)商飛公司要求，緊急啟動(dòng)了C919型飛機(jī)風(fēng)扇進(jìn)氣入口構(gòu)件的研制，該構(gòu)件位于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是重要的功能部件。飛而康科技采用基于SLM的3D打印技術(shù)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)氣入口構(gòu)件的這種鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)開(kāi)展了技術(shù)攻關(guān)。飛而康科技整個(gè)參研團(tuán)隊(duì)放棄休息，全情投入，經(jīng)過(guò)不懈的努力在2個(gè)月時(shí)間內(nèi)先后攻克了鈦合金大型薄壁件常見(jiàn)的應(yīng)力開(kāi)裂和型面變形等問(wèn)題，按時(shí)完成了產(chǎn)品交付。

沈于藍(lán)也作為3D打印行業(yè)供應(yīng)商代表被邀請(qǐng)到上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證了C919的首飛。對(duì)于C919成功首飛的感言，沈于藍(lán)表示，這是國(guó)之大器，航空人夢(mèng)想的商用大飛機(jī)在中國(guó)得以研制并成功首飛，對(duì)我國(guó)航空事業(yè)意義重大，這不僅標(biāo)志著航空工業(yè)人士多年的心血得到了收獲，也證明了國(guó)家要做好航空的決心，這對(duì)廣大航空人來(lái)說(shuō)也是個(gè)積極的信號(hào)。

對(duì)于接下來(lái)的任務(wù)安排，沈于藍(lán)表示：“第一，我們會(huì)嚴(yán)格執(zhí)行體系要求來(lái)生產(chǎn)C919的航空部件。第二，我們會(huì)繼續(xù)協(xié)同商飛切入零件的設(shè)計(jì)優(yōu)化和打印方案優(yōu)化，旨為C919提供通過(guò)3D打印的零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)減重的要求。另外，接下來(lái)我們公司也會(huì)考慮投入到次承力件的3D打印研發(fā)中去。”而對(duì)于未來(lái)一旦大量生產(chǎn)的情況，如何保證穩(wěn)定、高質(zhì)量的生產(chǎn)，沈于藍(lán)表示，飛而康也都有布局安排，在現(xiàn)有3D打印機(jī)的基礎(chǔ)上已經(jīng)有年新增10臺(tái)的規(guī)劃，做更多配套，把產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量提升上去。

而對(duì)于3D打印技術(shù)的價(jià)值，除了已經(jīng)安裝在C919飛機(jī)上的構(gòu)件，孫香云也向記者介紹了更多：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，在三維數(shù)模設(shè)計(jì)完成后用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)原型快速制造，以縮短結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期；特別是對(duì)未來(lái)新奇構(gòu)型飛機(jī)的探索工作中，采用3D打印技術(shù)可快速制造出新構(gòu)型模型，快速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證與修改，甚至進(jìn)行吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)。從目前來(lái)看這也是非?？尚?、有效且低成本的方法。在制造環(huán)節(jié)，3D打印技術(shù)在模具制造、工裝制造與修補(bǔ)等領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景；在客服領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可在工業(yè)設(shè)計(jì)、緊缺件制造和維修等方面有所實(shí)踐。

她認(rèn)為，目前比較值得用3D打印技術(shù)制造的構(gòu)件有兩類(lèi)：第一類(lèi)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，對(duì)功能有特殊要求，傳統(tǒng)制造方式不容易生產(chǎn)出來(lái)的；第二類(lèi)是構(gòu)件尺寸很大，而傳統(tǒng)制造方法，如鍛造和鑄造所需的設(shè)備很少有的情況，“極端情況下，滿足要求的大型鍛造機(jī)全世界也沒(méi)有幾臺(tái)，就算不計(jì)成本到那兒排隊(duì)生產(chǎn)，研制周期也是等不起的?！痹趯O香云看來(lái)，對(duì)于民用飛機(jī)來(lái)講，能夠切實(shí)實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)減重設(shè)計(jì)理念，一定是在解決了3D打印制造過(guò)程的穩(wěn)定性及其質(zhì)量監(jiān)控手段有效保障的前提下。目前，這也是大家努力的方向。