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    全金屬3D打印制造!我國新一代載人飛船試驗船返回艙大底框架結構

    打印派   2020-05-12 09:50:45

    南極熊導讀:這次長征五號B火箭成功發射的我國新一代載人飛船試驗船,其返回艙防熱大底框架原來是3D打印出來的——激光沉積金屬3D打印技術!

    2020年5月8日13時49分,由中國航天科技集團空間技術研究院抓總研制的我國新一代載人飛船試驗船的返回艙,在東風著陸場預定區域成功著陸!

    新一代載人飛船是面向我國載人月球探測、空間站運營等任務需求而論證的具有國際先進水平的新一代天地往返運輸飛行器。此次試驗船飛行任務的圓滿成功,標志著中國新一代載人飛船已具備雛形,也標志著艙體結構、材料、控制系統等領域一大批新技術取得了重要突破。

    其中重要的技術突破之一,是由航天五院總體部設計的返回艙防熱大底框架結構,全部采用金屬3D打印工藝制造,成功實現了減輕重量、縮短周期、降低成本等目標。也標志著,大型關鍵結構件整體3D打印技術通過大考。

    △金屬3D打印的返回艙防熱大底框架結構

    防熱大底框架的設計師馬彬表示,該結構用于飛船返回過程中保護返回艙底部,在進入大氣層后起到隔熱和承力的作用。其直徑較大,使用傳統鍛造工藝造價極高。同時由于設計方案需要不斷調整和迭代,使得原本就異常緊張的研制周期變得捉襟見肘。

    馬彬為首的設計團隊果斷決定嘗試采用激光沉積3D打印技術來實現“好、快、廉”的設計目標,一方面加速了設計方案的優化和迭代,另一方面同步開展了對激光沉積3D打印工藝的力學性能試驗。試驗結果表明,激光沉積3D打印技術可以勝任防熱大底框架的制造,并可以在提高經濟性和周期性前提下,高效配合設計迭代。

    據南極熊了解,鑫精合激光科技發展有限公司是承擔該防熱大底框架增材制造工作的一家民營企業,集團董事長李澄介紹,高性能大型關鍵金屬結構件制造可以說是金屬3D打印技術的“鬼門關”,一方面由于零件尺寸過大,內部熱應力也呈指數級上升,變形甚至開裂就成了金屬增材制造技術的夢魘;另一方面凝固過程、冷卻過程控制不住就會產生冶金缺陷,對于關鍵結構件來講,冶金缺陷是絕不能容許的問題。

    △鑫精合董事長李澄

    經過多年的摸索和積累,鑫精合在激光沉積制造金屬3D打印技術已經取得了完整突破,本次成功打印返回艙防熱大底結構,與其從設備研發生產到材料工藝參數研發的全面自主可控密切相關。打印過程中,鑫精合充分挖掘了自主研制的LiM-S2510設備的工藝潛力,配合強大的工藝設計和后處理能力,最終實現了大型結構的無缺陷制造。其自主研制的工藝控制軟件也在本項目的工藝實現過程中起到了關鍵作用。

    △天津鐳明激光科技有限公司研制的LiM-S2510 金屬3D打印機

    目前,激光沉積金屬3D打印制造技術在航空航天領域的應用越來越多。增材制造技術不斷發展,我國金屬制造業將會發生本質性的變革:
    ①材料冶金技術將發生變革,體現在材料的制備及性能將擺脫傳統冶金過程的原理性約束,實現非平衡、梯度、難熔等高性能新材料的智能制備,達到制造過程即是冶金過程的新境界。
    ②重大裝備結構和性能將發生變革,結構件的輕量化、整體化等都將會達到新的水平。
    ③大型產品制造模式將發生變革,因零件尺寸原因帶來的生產準備投入高、周期長等限制已獲得突破,大型新產品的研制將可以實現快速、低成本、數字化/智能化制造。

    “可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。世上無難事,只要肯登攀”。新一代載人飛船返回艙的平穩著陸,意味著不計其數的新技術、新工藝正在中國人民的雙手中蓬勃發展,意味著“中國制造”將進入“中國創造”的全新時代,更意味著任何困難也不能阻止中華民族實現中國夢的偉大征程!

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