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振奋人心:这项技术中国做到 美国最担心别人学会

2018-09-20 17:24

  原标题:振奋人心 美国最担心别人学会这项技术中国做到了

  2012年11月25号,歼-15舰载机在航母辽宁舰上成功降落,科研人员仅仅用时两个月就解决了国外一两年才能攻克的难题。但是飞机结构设计方案水平再高也只是万里长征迈出的第一步,要想制造出一款性能优异的战机,必须依赖高科技的基础材料和加工工艺。

  在制造、加工这些工艺环节上,歼15舰载机又有什么创新的地方呢?

  20天完成半年工作量中国大型金属3D打印领先世界

  实际上,早在上个世纪五六十年代,飞机机体结构的骨架构型已经固定下来。在传统结构形式上,通过优化设计,已经把飞机的潜力挖到极限了。在传统结构形式下,飞机机体重量已经减到最轻,如何能够继续减轻飞机体重,同时又提高它的性能、品质,这是沈飞公司遇到的又一个门槛。设计师们明白要想迈过这个门槛,就得寻找一个新技术,对飞机机体平台进行突破性改造。

  41岁的吴斌,已经是从业18年的资深设计师了。中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所结构部副部长 吴斌:我们是做航空的,军机结构的,我们最早接触3D打印,是在2003年,我们其实也是走过比较坎坷的路。

  北京一座普通的居民楼里,林宗棠老人,正在家里搭建着他心中的3D打印王国。

  原航空航天工业部部长林宗棠:全国哪里有3D,我就到哪里去。我估计全国我跑了可能有五六十家企业和研究所。我拜了十几个老师,拜他们为师,我不懂这3D,向他们学习。

  航空人年龄不分长幼,只看谁能走在技术尖端。已经89岁的林宗棠,2年前将3D打印列为自己的新课程。虽然中国的3D打印技术,已经帮歼15、“鹘鹰”等型号研发大大提速,但航空强国的高歌猛进,还是让林宗棠有些不安。

  林宗棠:美国GE,它发动机30个博士来干,90台3D设备来做,那么它进展会很快的,我去看了它几个改进,一改进,飞机乘客加五个人,最后加二十个客人那不得了,那个发动机的效率就高了。

  老人关心的是金属3D打印,在航空领域,这是个前沿课题。 就在5年前,一台拥有全球最高制造水平的金属3D打印机,已经安装在这座厂房里。

  虽然外表看起来并不光鲜,但这台设备能够制造出全球尺寸最大的钛合金结构零件。而能否制造大型金属结构件,是衡量一个国家3D打印技术先进程度的重要标准。

  中航工业制造所副总工程师巩水利:构件越大,它在制造的过程中,内部的缺陷应力、变形,包括性能调控,难度都大大地加大。所以说,如果说我能撑起这么大的构件,用这种办法来组,就说明我解决了这些关键的技术。

  这台设备,用到的是一项尖端制造技术——电子束沉积快速成型。它是用高密度的电子束作为热源,在真空室内熔化送进来的丝材,再按照预定加工路径,逐层堆积成型。

  美国是最早拥有这项制造技术的国家,但研发成功后便实施技术封锁,直到今天是否已经投入大规模应用,依然秘而不宣。

  十年前巩水利他们开始攻坚,他们的愿望,就是让中国成为第二个掌握这项技术的国家。现在,他们已经成功了,而且依然没有停下脚步。

  巩水利:我们现在在研的设备,都是在世界上体积最大、成型能力最大、最优的一些设备。在这个基础上,我们又研发我们的产品,突破了材料和关键的工艺。

  像这样大的一个构件,如果用传统的模具制造,工期至少半年以上,而用这台设备打印只需要20天。

  不仅是航空领域,工业制造研发,从设计到验证,如果有了这样的速度,就可以加速迭代。正因为如此,3D金属打印,一直是大国之间暗自较劲并发力的领域。2013年,美国已将它列为重振美国制造业的三大支柱之一。

  巩水利:美国政府,包括德国政府都很重视这项技术,他们把这项技术也作为国家的先进制造一个战略,很重要的战略进行发展,投入很多的精力。你比如说美国人联合了一百多家,150多家,形成一个3D打印的产业联盟,3D打印这个技术应该说是一个国家从制造大国往制造强国转变的很重要的一个技术路径和手段,它衡量着一个国家制造技术的水平,和一个国家在国际地位上面很重要的一个技术。

  巩水利的技术团队,仍然在和时间赛跑。

  而为了拥有智能制造的未来,78岁的老院士赵振业,也正带着团队完成着一个从300小时到4000小时的跨越。

  他们正在做的是提高飞机发动机主轴承的使用寿命。轴承上任何一个小的损伤,都可能带来致命的灾难。

  历史上的诸多空难,都是因为关键构件使用到一定年限后,发生疲劳失效引起的。

  早在20世纪40年代末,美国人就投入大量人力物力搞制造技术研究,他们用了整整22年研发出了一项技术,不仅大大提高了关键构件和装备的使用寿命,而且借由这项技术完成了工业水平的整体升级。

  这项技术,就是表面完整性制造技术。

  在美国人的基础上,赵振业他们现在提出一种新的“抗疲劳制造”理念。

  中国工程院院士、中航工业航材院研究员 赵振业:除了控制表面完整性,还要控制表面变质层,就说你一加工,就在那表面底下,有那么一层它就变了,就跟原来的样子就不一样了,所以一定要控制这个。控制了这个,才能真正保证它的疲劳寿命是更长的寿命,而且是可靠性是高的。

  抗疲劳制造技术,这个团队已经研发了整整20年,他们现在已经能将一些关键构件的使用寿命提高了十几倍到几十倍。