中國航天科工三院239廠金屬增材制造團(tuán)隊(duì)新技術(shù)研發(fā)側(cè)記

來源：中國航天科工三院239廠

導(dǎo)讀：航天型號研制階段的模型變化時有發(fā)生，如何才能滿足快速研制的需求？增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從三維模型到產(chǎn)品的無模直接成形，是精密復(fù)雜航天產(chǎn)品快速研制和優(yōu)質(zhì)高效制造的最佳技術(shù)途徑之一。

中國航天科工三院239廠自2015年發(fā)展金屬增材制造技術(shù)以來，相繼突破大尺寸構(gòu)件電弧增材制造和異型薄壁復(fù)雜構(gòu)件四光束激光選區(qū)增材制造的形性控制等關(guān)鍵技術(shù)，向著高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)展開了一場生動實(shí)踐。南極熊獲悉，近日，239廠電弧增材及復(fù)合制造的相關(guān)技術(shù)成果榮獲2021年度省部級獎勵一等獎，為深化先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用、推動企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展付出的努力，收獲了滿滿回報。

△采用激光選區(qū)熔化增材制造的“誰羽爭峰”和筆筒工藝品，羽毛球和球拍栩栩如生，壁厚僅1.0mm，充分體現(xiàn)了高科技帶來的精致感。

國內(nèi)沒有，就自己開發(fā)
2015年，239廠總工藝師張鐵軍帶隊(duì)前往華中科技大學(xué)調(diào)研先進(jìn)制造技術(shù)。“電弧熔絲增材制造技術(shù)十分符合總裝廠高效低成本研制生產(chǎn)需求，也符合我們‘差異化、核心化、高端化、優(yōu)勢化、產(chǎn)業(yè)化’的技術(shù)發(fā)展思路，我們必須引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)�！睆堣F軍決定立即組織開展可行性論證等工作，盡快研制出國內(nèi)首臺套工程化應(yīng)用的電弧熔絲增材制造裝備。

“當(dāng)時國內(nèi)沒有電弧增材商業(yè)軟件，我們就自己開發(fā)。金屬增材制造團(tuán)隊(duì)中沒有既懂工藝又懂軟件的，開始的時候非常艱難。”239增材專業(yè)主任工藝師、研究員王志敏說。

“不懂沒問題，我們畫示意圖，湊在一起討論軟件框架和技術(shù)細(xì)節(jié)�！痹霾墓に噯T何智帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)快速突破電弧增材自動控制軟件開發(fā)、增材鋁合金內(nèi)部氣孔抑制、大尺寸結(jié)構(gòu)件成形精度與變形制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

電弧增材制造技術(shù)從傳統(tǒng)的弧焊發(fā)展而來，用電弧熱將絲材熔化并按預(yù)定軌跡逐層堆積成金屬結(jié)構(gòu)件，有著研制周期短、沉積效率高、設(shè)備成本及運(yùn)行成本低、材料利用率高等特點(diǎn)。

除電弧增材制造技術(shù)之外，239廠于2018年成功研制當(dāng)時世界上最大的四光束激光選區(qū)熔化增材制造裝備，填補(bǔ)了國際上可工程化應(yīng)用的最大成形尺寸的四光束激光選區(qū)熔化成形高端裝備集成制造空白。

激光選區(qū)熔化技術(shù)通過實(shí)戰(zhàn)考核
對于企業(yè)來說，新技術(shù)通過型號產(chǎn)品的考核驗(yàn)證才是最終目的。一次，增材制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)接到任務(wù)，需要制定全新的增材制造工藝方案、全新的增材制造工藝參數(shù)以及全新的熱處理制度，這給團(tuán)隊(duì)帶來了挑戰(zhàn)。

“這種結(jié)構(gòu)是未來產(chǎn)品的代表，啃下了這塊硬骨頭，那必然將更好地支撐型號發(fā)展�！碧胤N加工中心主任李宏偉說。“這個地方肯定會變形，得想辦法給他拉住了。”入廠不久的蘇江舟和干建寧對著仿真云圖交流優(yōu)化方案。工藝人員大膽創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)上利用“弱化骨架+點(diǎn)陣填充”相結(jié)合，打印前通過數(shù)值模擬仿真預(yù)測變形趨勢。

團(tuán)隊(duì)成員從激光選區(qū)熔化增材制造工藝參數(shù)的摸索、到產(chǎn)品整體增材制造擺放方案的數(shù)值仿真模擬分析，支撐方案的反復(fù)迭代優(yōu)化，并利用增材制造經(jīng)驗(yàn)，通過增材制造擺放角度優(yōu)化以及支撐方案設(shè)計(jì)，解決了變形及開裂的技術(shù)難題。

截至目前，激光選區(qū)增材及電弧增材技術(shù)成形的零件已在三院內(nèi)多產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，同時在其他航天產(chǎn)品和企業(yè)中獲得應(yīng)用并通過考核驗(yàn)證。自主研發(fā)的電弧熔絲裝備也將進(jìn)行裝機(jī)應(yīng)用。


乘勢而上加快增材數(shù)字化布局
239廠的增材制造核心裝備研制工作還在繼續(xù)，后續(xù)還將陸續(xù)形成增減材、多頭陣列式電弧材等多項(xiàng)核心裝備，擺脫受制于人的局面，進(jìn)一步推動“中國制造”邁向“中國智造”的新高度。

針對“十四五”后期任務(wù)需求，239廠堅(jiān)持型號任務(wù)需求牽引與技術(shù)推動相結(jié)合，擬建成包括電弧增材、激光選區(qū)增材、激光熔融沉積增材、電子束選區(qū)增材等主流金屬增材技術(shù)的數(shù)字化產(chǎn)線，同時構(gòu)建模型設(shè)計(jì)、模擬仿真、成形制造、后處理等增材制造相關(guān)的技術(shù)能力，并充分利用5G等數(shù)字化手段，建立大規(guī)模、低成本、高品質(zhì)、快節(jié)奏、可轉(zhuǎn)移的增材制造技術(shù)體系。

△項(xiàng)目創(chuàng)新形成了當(dāng)時世界上最大的四光束激光選區(qū)熔化增材制造裝備，成形幅面達(dá)到800mm*800mm，填補(bǔ)了國際上可工程化應(yīng)用大尺寸設(shè)備的空白。

239廠目前正在實(shí)現(xiàn)從基板自動裝夾、自動上粉、自動清粉、自動做支撐等打印過程的自動化。增材工藝員李鵬表示，雖然機(jī)械手、流水線在一定程度上解放了人的雙手用，但終究不過是機(jī)器助人，不能將數(shù)字化制造和自動化劃等號。

盡管增材制造正在迎來發(fā)展的上升期，但增材制造技術(shù)整體上仍然面臨著諸多技術(shù)難題�！俺杀臼侵萍s增材制造技術(shù)大規(guī)模推廣的關(guān)鍵因素�！焙沃潜硎荆�增材制造在產(chǎn)品研制階段具有響應(yīng)速度快的獨(dú)特優(yōu)勢，但成本過高，一旦需要大批量制造時，仍可能采用鑄造、鍛造、機(jī)加等傳統(tǒng)工藝。

面向未來，239廠還將加快催生自主創(chuàng)新與協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新新動能，進(jìn)一步鞏固和提升增材專業(yè)及相關(guān)配套技術(shù)能力，繼續(xù)深入增材制造的技術(shù)攻關(guān)與推廣應(yīng)用工作，更好地支撐新一代裝備發(fā)展，提升國防行業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)力。