裝機51臺金屬3D打印機，中科祥龍輕量化飛行器設計制造躋身全國第三

南極熊導讀：僅僅成立三年多的中科祥龍，一直保持著高速的發(fā)展，目前已經(jīng)裝機51臺金屬3D打印機，獲得過億元的融資，2023年產(chǎn)值達到5000萬元，累計接受訂單數(shù)億元，已承接國家重點型號產(chǎn)品研制20余項。

2024年5月29日，第八屆上海國際航空航天技術(shù)與設備展覽會開幕，南極熊注意到，以3D打印輕量化設計而著稱的寧波中科祥龍輕量化科技有限公司亮相本次展會。那么中科祥龍在3D打印領域究竟有著怎樣的獨特優(yōu)勢，又是如何取得如此快速的發(fā)展？借此機會南極熊對中科祥龍的董事長、中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所(以下簡稱寧波材料所)所研究員張浩先生進行了專訪。

△寧波中科祥龍常務副總諸夢醒介紹公司

輕量化市場需求迫切，中科院寧波材料所提供強大平臺

張浩告訴南極熊，隨著航空航天、低空經(jīng)濟等領域的快速發(fā)展，對于零部件輕量化的需求非常迫切，而金屬3D打印技術(shù)則非常適合用于這類產(chǎn)品的設計和制造。與此同時，2019年以來國產(chǎn)大尺寸金屬3D打印機日臻成熟，3D打印行業(yè)具備了快速發(fā)展的趨勢和能力。因此，中科祥龍應運而生，公司致力于成為世界一流的飛行器輕量化整體解決方案的供應商，現(xiàn)階段公司主要通過3D打印技術(shù)來實現(xiàn)輕量化設計和功能一體化的制造。

△中科祥龍的3D打印生產(chǎn)車間，目前已裝機51臺大、中、小型金屬3D打印機，可以滿足大批量產(chǎn)品高效加工需求，最大打印尺寸達到650×650×1500mm

實際上，中科祥龍是中科院寧波材料所孵化的一家公司，之所以能夠在3D打印領域取得快速的發(fā)展，離不開寧波材料所強大的平臺支撐，這里擁有國家級的測試中心，擁有上百臺套的大型測試分析儀器設備，總價值超過2億元。全面覆蓋材料微觀形貌與結(jié)構(gòu)分析、材料物理性能分析、有機化學分析和無機成分分析四大領域。為3D打印原材料、打印件性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面檢測，提供了硬核條件，這些是一般的3D打印公司所不具備的。

第二個核心競爭力是公司的設計能力，寧波材料所投資2000多萬元建設了超算中心，這為中科祥龍?zhí)峁┝藦姶蟮乃懔χ?，公司配備了專門的設計團隊能夠為航空航天客戶提供飛行器等產(chǎn)品的設計方案，產(chǎn)品相關(guān)的氣動、流體仿真都能夠依托超算中心得以順利開展，中科祥龍能夠提供給客戶從設計、仿真到制造的一個完整解決方案，這成為公司立足行業(yè)的最大核心競爭力。  

寧波材料所為中科祥龍在3D打印領域的創(chuàng)新設計、開發(fā)制造提供了良好基礎。另外，基于中科院的平臺，中科祥龍能夠快速的掌握國家產(chǎn)業(yè)需求，并根據(jù)這些需求來制定公司的科研規(guī)劃和發(fā)展方向。

以產(chǎn)品設計為切入點，形成技術(shù)閉環(huán)

張浩表示，中科祥龍在設計、設備、工藝、材料等些方面的投入都很大，公司是業(yè)內(nèi)為數(shù)不多從金屬3D打印設計端開始做的公司。目前接到的項目，幾乎都需要從設計端開始。在拿到客戶的設計要求后需根據(jù)設計要求進行結(jié)構(gòu)設計、仿真計算，把方案提交給客戶后再進行后續(xù)的3D打印制造、后處理、質(zhì)檢等環(huán)節(jié)。為了給出一個最優(yōu)的設計方案，中科祥龍需要評價零部件的性能、生產(chǎn)的成本以及未來批產(chǎn)的潛力。需要在性能、價格和批產(chǎn)穩(wěn)定性三者之間尋求一個平衡。中科祥龍已經(jīng)形成了自己的技術(shù)閉環(huán)，突破材料集成設計與增材制造技術(shù)一體化融合中的關(guān)鍵問題；貫通設計-制造-驗證技術(shù)鏈，形成工程化小批量部件制造能力。

在設備端，目前中科祥龍裝機的51臺金屬3D打印機主要來自易加三維和漢邦科技兩家國產(chǎn)設備廠商，由這兩家公司提供技術(shù)支撐，根據(jù)打印需求，對設備進行改造。在工藝端，中科祥龍的研發(fā)則主要集中在如何提高生產(chǎn)效率和保證打印質(zhì)量，比如通過調(diào)整光整型、打印層厚等工藝參數(shù)來優(yōu)化打印工藝，另外還通過在氬氣中添加氦氣等手段來減少打印過程的飛濺等。

△中科祥龍現(xiàn)場展出的3D打印零部件

在材料端，中科祥龍選擇與國內(nèi)的科研院所和材料供應商進行合作，對于新材料研發(fā)通過與上海交大、清華大學合作進行開發(fā)；對于批量化生產(chǎn)應用的材料，主要是跟寧波眾遠、尚材三維、中天上材、中航邁特、威拉里等金屬粉末供應商進行合作。

核心聚焦航空航天，向汽車、3C等領域擴展

張浩表示，目前中科祥龍的3D打印應用場景主要集中在航空航天領域，也正在向汽車、3C、醫(yī)療等領域拓展。而在航空航天領域，中科祥龍主要聚焦于飛行器相關(guān)的產(chǎn)品設計和制造，像舵翼、艙段、發(fā)動機零部件等幾大類產(chǎn)品，主要應用在飛機、導彈和衛(wèi)星當中。

△中科祥龍現(xiàn)場展出的3D打印零部件

其中，做的最多的產(chǎn)品是3D打印的空氣舵，這是一個關(guān)鍵的彈上零部件，主要用于控制導彈的飛行姿態(tài)和飛行軌跡的調(diào)整和改變，它位于彈體表面，通過改變空氣氣流來產(chǎn)生改變導彈飛行姿態(tài)的側(cè)向控制力。中科祥龍已經(jīng)為我國的四大軍種設計過空氣舵，應用的導彈馬赫數(shù)從亞聲速開始到超聲速到高超聲速，最高的達到接近20馬赫。打印的材料從鋁合金到鈦合金到高溫合金到難熔合金，為國內(nèi)貢獻了大量的設計方案。單從空氣舵的設計和3D打印制造來講，中科祥龍在國內(nèi)處于領先位置。   

據(jù)悉，中科祥龍已與航空工業(yè)集團、中國航天科技集團、中國航天科工集團、中國航發(fā)集團和中國兵器集團下屬的眾多科研院所建立了長期穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系，在空天裝備輕量化飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品市場占有率位居全國第三。在汽車領域目前主要用于研發(fā)階段，包括新能源汽車常用的壓鑄模具開發(fā)等。而在最近大火的3C領域，中科祥龍也在深入布局。

3D打印是制造業(yè)的有力補充，未來仍有待突破

在張浩看來，3D打印對于傳統(tǒng)制造業(yè)是一種有力的補充，未來還有很多值得去突破的事情。目前3D打印在疲勞性能、蠕變性能方面仍然存在欠缺。因為3D打印有一些固有的工藝缺陷，現(xiàn)在從設備到工藝到材料上控制的都還不夠好，需要整個產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商們共同努力，來提升3D打印的質(zhì)量。張浩希望未來金屬3D打印的零部件能夠?qū)四ｅ懠?，他認為如果3D打印件達到模鍛件的水平，就能達到現(xiàn)在絕大多數(shù)的航空航天關(guān)鍵部件的應用需求了。但是這條路還有 5年到10年需要走，很漫長需要業(yè)界一起努力。   

張浩希望在未來中國20萬億的制造業(yè)市場中，3D打印能夠獲得更多的市場份額，贏得更好的市場空間。