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突破西方核心技术封锁 中国航天器试水3D打印
关键字: 航空发动机核心部件打破美国垄断这样一个边长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。孙峰现场给我们做了一个演示。
将近100公斤的孙峰,整个人站在这个立方体上都没有问题,孙峰告诉我们,它最大的承受力在300到400公斤,那可能是800倍到1000倍的载荷。
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,并给航空航天等高端制造提供了更多的可能。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。
孙峰称,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。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。
3D打印作为一项前沿性的先进制造技术,已经成为全球新一轮科技革命和产业革命的重要推动力。然而,多数的设备和工艺尚不成熟,还无法批量打出稳定、耐用、高性能的工业品来,处在“模型制造”和实验阶段。但是这种情况正在发生变化,我国的金属3D打印正在不断地向尖端制造靠拢。
在鑫精合的厂房里,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。
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,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。
张啸雨:“可能我们最快的在明年,或者是后年都会有发射的型号来去做这样的一个尝试。我们大概现在有60件到100件的产品已经是在完成了制造,而且已经开始装星,已经开始做整星级的力学实验。”
不断打破国外垄断 中国航空发动机关键零件国际领先
在河北廊坊科技园,一款为无人机和商务机而设计的航空发动机正在进行150小时试车,考核发动机在各种状态下技术性能和可靠性及寿命等综合指标。
中国科学院工程热物理所所长朱俊强表示,150小时做完了,首飞保证就没问题了,可以到不同高度进行试飞了,这个发动机基本定型。
十三五期间,我国启动了航空发动机和燃气轮机重大专项,航空工业持续发力,不断缩小与国际一流发动机生产企业的差距。
中国科学院工程热物理所轻型动力实验室实任徐纲称,这一款涡扇发动机它的耗油率、寿命指标都达到了国际先进水平,国内也是个空白,所有的零件都是自主设计、自主生产,尤其是像里面的高温的单晶涡轮叶片,实际上就是可以说发动机里面加工的难点中的难点。
单晶叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,是航空产品第一关键零件,它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。
在这台1000公斤推力的发动机中心,核心部件就是眼前这60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室,在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧,产生猛烈的燃气喷射流,推动这些叶片高速旋转,让看似单薄的零件迸发出惊人的动力,每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车,温度大概在1720多度。
在1700度的高温之下,普通金属是不够耐热的。生产单晶叶片,就一定离不开一种珍贵的稀有金属-铼。
- 原标题:轰动世界!中国企业打破美国垄断!造出航空发动机核心部件!
- 责任编辑:王佳璐
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