200亿元基金支持!3D打印提速中国航天梦:零部件减重50%、工期缩短到一周

据了解,经国务院批准,发展改革委、财政部、工业和信息化部牵头发起,联合几家投资主体共同出资设立了国家先进制造产业投资基金,其目标是支持中国制造2025的工业转型升级。目前,该基金首期规模200亿元已经落实了投资!一家与3D打印相关的创业团队负责人告诉记者,现在团队已经得到了国家先进制造产业投资基金一个亿的投资。

在中国航天科技集团五院的展厅,《经济半小时》记者看到了“嫦娥三号”的着陆器,里面装载着“玉兔号”的月球车,也就是巡视器。
因为这些航天器每增加一克的重量,就会给发射带来很高的成本,并且会加大航天项目的复杂性,甚至直接影响到整个方案的可行性。所以,为减轻每一克的重量,工作人员从材料和结构上想了任何可能的办法。现在,这些航天器都通过3D打印这种新制造方式来完成。相比传统制造的“减材制造”方式,3D打印恰恰相反,它是根据数字三维文件,在一个完全没有任何材料的平面上,一点点逐层打印、添加材料,最终形成一个三维整体,也被称为“增材制造”。
3D打印,不仅将航天零件减重超30%—50%,零件的完成周期也从以前的3—5个月减少到现在的45—60天,甚至仅需一周。

零部件减重50%工期缩短到一周3D打印提速中国航天梦

在北京市昌平区的一间厂房,正在生产着钛合金、铝合金、不锈钢等多种金属的零部件。但是与其它的冶金厂房不同,在这里,央视财经《经济半小时》记者看不到金属锻造的大型设备,也看不到很多的技术工人操作,只看见一台台3D打印的机器在忙碌地工作着。经过两天时间,一个结构非常复杂和精巧的钛金属立方体显现出来。

鑫精合激光科技发展有限公司副总经理孙峰:钛合金在我们冶金行业,是一种非常难成形的一种材料牌号,它的冶金工艺非常的复杂,通过我们这次3D打印工艺,把这么难做的一个钛合金,通过我们3D打印工艺,呈现出这样一个轻量化的结构来。

在制造业中,传统制造的方式是“减材制造”,它是利用已有的几何模型工件,用工具将材料逐步切削、打磨、减少,最终成为所需要的零件。而3D打印则恰恰相反,它是根据一个数字三维文件,在一个完全没有任何材料的平面上,一点点逐层打印、添加材料,最终形成一个三维整体,这就是所谓的3D打印,也被称为“增材制造”。而金属材料的3D打印技术门槛高,难度大,附加值高,金属3D打印的产值也占到了整个3D打印行业的80%以上。

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3D打印机打出的零件,和用传统方式锻造的金属零件相比,强度性能怎么样?孙峰告诉记者,钛合金大约有800-1000倍的一个载荷,这0.5公斤重的钛合金的立方体,承受100公斤的压力没有任何问题

而这样一个边长20厘米左右的立方体,如果用传统的金属铸造工艺制造,重量至少要在5公斤以上,而这个零件的重量却只有0.5公斤,只有以前的十分之一,大大减轻了重量,却具备高强度。

 正因为这个轻量化、高强度特性,目前,在我国很多飞机、船舶甚至航天器的重要零部件上,都可以见到金属3D打印的身影。无论是飞机、船舶的发动机、零部件,还是运载火箭、空间航天飞行器、无人机等航空航天设备,金属3D打印部件正在悄悄地取代着传统制造的零件。

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孙峰:它主要用于咱们航天应用上,它的轻量化效果非常的好,整个零件它的减重达到了30%以上,它给咱们整个火箭发射这一块,成本节约了几百万,甚至上千万人民币的一个效果。

航天器对重量的要求十分苛刻,轻量化又有强度的3D打印零件,成了一个很好的选择。航天器上很多大大小小的零件,都可以用这种结构来替代原有的较为笨重的金属。甚至一根头发丝,就可以吊起来一个体积不小的卫星上的小零件。

孙峰:新兴的轻量化的小型卫星,通过我们3D打印工艺它可以实现整个结构体重减轻,而且整个制造过程非常快,我们传统制造业来说,制造一颗卫星它可能需要几个月甚至几年的时间,通过我们3D打印工艺实现整个卫星的机构,可能只需要十几天的时间,一颗小的卫星可以打出来。

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不仅可以在轻盈精巧的方面可以完胜,3D打印也在颠覆着大型金属部件的制造方式。在另一间厂房里,一个大型的钛合金航天器零件,即将在这台由中国民营企业自主研发的大型金属3D打印机里诞生。

鑫精合激光科技发展有限公司总经理李广生:整个零件的直径是将近4米,这么大的一个投影面积的一个钛合金,靠传统的工艺用这个模锻就是很难加工出来的,我们这个3D打印可以很轻松解决这个问题。

与小型的精密的金属3D打印机的技术不同,大型的打印机采取了另一种不同的技术方式——同轴送粉工艺。而中国在这项技术上已经走在了世界的先列。目前,能用3D打印技术制造出达到锻造水平的金属部件的国家,只有德国、美国、中国等少数几个。而鑫精合批量制造大型钛金属结构件的能力已经在国际领先。

这种激光“打印”金属粉末的工艺,使得金属材料冷却凝固速度极快,组织细小,力学性能优异,也具备了像锻件一样的高强度。

直径4米的航天器部件拆分成6个2米左右的大零件,一一3D打印并加工后,再进行整体焊接。在过去,这样巨大的金属件从开模具到锻造,再到机械加工,是个非常浩大的工程,通常需要一年时间才能完成,而用3D打印的方式,仅需要3-6个月。经过25天的连续打印,这个大型的钛合金零件即将生产完成。

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这个巨大的钛合金零件,即将用在载人航天器上的飞行员返回舱,它要承受返回舱穿过大气层,着陆地面的巨大冲击力,所以对金属部件的性能要求也是极为苛刻。工作人员们对3D打印出来的金属性能一一进行检测,显示金属强度已经超过客户提出指标的5%以上。

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