全金屬3D打印制造！我國新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙大底框架結(jié)構(gòu)

南極熊導(dǎo)讀：這次長征五號(hào)B火箭成功發(fā)射的我國新一代載人飛船試驗(yàn)船，其返回艙防熱大底框架原來是3D打印出來的——激光沉積金屬3D打印技術(shù)！

2020年5月8日13時(shí)49分，由中國航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院抓總研制的我國新一代載人飛船試驗(yàn)船的返回艙，在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域成功著陸！

新一代載人飛船是面向我國載人月球探測(cè)、空間站運(yùn)營等任務(wù)需求而論證的具有國際先進(jìn)水平的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器。此次試驗(yàn)船飛行任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著中國新一代載人飛船已具備雛形，也標(biāo)志著艙體結(jié)構(gòu)、材料、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域一大批新技術(shù)取得了重要突破。

△金屬3D打印的返回艙防熱大底框架結(jié)構(gòu)

其中重要的技術(shù)突破之一，是由航天五院總體部主導(dǎo)的超大尺寸整體鈦框架設(shè)計(jì)及成型技術(shù)。超大尺寸整體鈦框架結(jié)構(gòu)全部采用3D打印工藝制造，成功實(shí)現(xiàn)了減輕重量、縮短周期、降低成本等目標(biāo)。新一代載人飛船試驗(yàn)船的成功返回也標(biāo)志著超大尺寸關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件整體3D打印技術(shù)通過大考。

新一代載人飛船返回過程中，防熱大底部位承受最惡劣氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱。防熱大底框架結(jié)構(gòu)就是氣動(dòng)力熱作用下的最主要的承力部件。由于鈦合金框架的尺寸超大，若使用傳統(tǒng)鍛造工藝造價(jià)極高。同時(shí)由于設(shè)計(jì)方案需要不斷調(diào)整和迭代，使得原本就異常緊張的研制周期變得捉襟見肘。以航天五院總體部馬彬?yàn)槭椎脑O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定采用“化整為零”的思路，嘗試采用激光沉積3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“好、快、廉”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該技術(shù)既能適應(yīng)設(shè)計(jì)方案的快速優(yōu)化與迭代，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)載荷分布的輕量化設(shè)計(jì)；又能同步開展超大尺寸鈦框架3D打印工藝的研究，縮短研制周期，提高研制成品率，大大降低生產(chǎn)成本。

△鑫精合董事長李澄

在北京衛(wèi)星制造廠的總指揮下，北京星馳恒動(dòng)科技發(fā)展有限公司抓總該防熱大底框架總體制造，鑫精合激光科技發(fā)展有限公司承接了該防熱大底框架送粉增材制造的部分工作，利用天津鐳明公司生產(chǎn)的LiM-S2510送粉型設(shè)備，依靠成熟工藝設(shè)計(jì)軟件和后處理能力，與其他承制單位共同實(shí)現(xiàn)了該大型主承力結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，為祖國航空事業(yè)發(fā)展提交了一份滿意的答卷。

△天津鐳明激光科技有限公司研制的LiM-S2510 金屬3D打印機(jī)

目前，激光沉積制造技術(shù)正在越來越多的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，通過對(duì)增材制造技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入，我國金屬制造業(yè)必將會(huì)發(fā)生本質(zhì)性的變革。一是材料冶金技術(shù)將發(fā)生變革，體現(xiàn)在材料的制備及性能將擺脫傳統(tǒng)冶金過程的原理性約束，實(shí)現(xiàn)非平衡、梯度、難熔等高性能新材料的智能制備，達(dá)到制造過程即是冶金過程的新境界；二是重大裝備結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生變革，結(jié)構(gòu)件的輕量化、整體化等都將會(huì)達(dá)到新的水平；三是大型產(chǎn)品制造模式將發(fā)生變革，因零件尺寸原因帶來的生產(chǎn)準(zhǔn)備投入高、周期長等限制已獲得突破，大型新產(chǎn)品的研制將可以實(shí)現(xiàn)快速、低成本、數(shù)字化/智能化制造。

毛澤東主席曾在詩詞中寫到，“可上九天攬?jiān)拢上挛逖笞谨M，談笑凱歌還。世上無難事，只要肯登攀”。新一代載人飛船返回艙的安全返回，意味著不計(jì)其數(shù)的新技術(shù)、新工藝正在中國人民的雙手中蓬勃發(fā)展，意味著“中國制造”必將進(jìn)入“中國創(chuàng)造”的全新時(shí)代，更意味著任何困難也不能阻止中華民族實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)的偉大征程！