3D打印鈦合金部件 有效控制C919研制成本與周期

中國商飛北京民用飛機技術研究中心（北研中心）發展戰略研究部高級工程師孫香云在接受《中國信息化周報》記者獨家采訪時介紹，北研中心是中國商飛重點建設的高層次海外人才創新創業基地，是開展民用飛機產業發展戰略研究，背景型號總體論證，民機戰略性、前瞻性、關鍵性和基礎性技術研究機構。

孫香云重點向記者介紹了中國商飛在C919研制中對3D打印技術應用的探索與實踐，以及該技術在航空領域的應用情況。目前，在航空領域，3D打印技術備受關注，波音、空客、GE都將其作為戰略性技術進行攻克，并開展布局建設。中國商飛的高層領導非常具有戰略眼光，高度重視3D打印技術，強調商飛一定要在這方面不斷嘗試推進。

商飛為什么要如此重視3D打印，孫香云認為原因有兩個：一是像研制C919這種大型民用飛機，采用3D打印技術替代傳統方式，從時間和成本角度考慮，可以有效解決產品的研制進度和周期等問題；二是3D打印技術可能給大飛機甚至是航空業帶來本質性變革，從設計、生產到運營和維修的理念和模式，都會產生影響。

其實，早在2013年，就有媒體報道，國產大飛機C919長達3米的中央翼緣條就是用3D打印的鈦合金結構件。西工大與中國商飛合作，應用激光立體成形技術解決了C919飛機鈦合金結構件的制造問題。“激光立體成形制造成本與國外鍛壓制造成本差不多，最重要的是形成了具有自主知識產權的特色新技術。”西工大凝固技術國家重點實驗室主任黃衛東在接受采訪時說。

其實，除了3D打印中央翼緣條，C919還裝載了28個3D打印鈦合金零部件，分別應用在C919前機身和中后機身的登機門、服務門以及前后貨艙門上。而這些零部件是由C919大飛機前機身和中后機身大部段主要生產商——中航工業洪都委托飛而康快速制造科技有限責任公司（簡稱飛而康科技）生產的。

成立于2012年8月的飛而康科技是航天航空和醫療機械行業的金屬3D打印解決方案提供商，業務板塊涵蓋從原材料金屬粉末制備、打印工藝，到后期性能改進、熱處理以及機加工和檢測的全流程，甚至可為客戶提供一條龍建廠及提供技術支撐等方案。

當年空客公司實現3D打印標準化并將其納入供應鏈，標志著3D打印真正進入到航空制造應用領域。而現在中國商飛在第一架商用大飛機C919上使用3D打印技術，也標志著在這一方面，我們并不落后于國外。

說到為什么會選擇飛而康科技，公司董事長沈于藍在接受《中國信息化周報》記者獨家采訪時表示，因為飛而康科技擁有強有力的技術團隊，團隊曾經服務于波音、GE等客戶，因此商飛和飛而康科技，共同設定建立了3D打印適用于民航的體系要求，而后經過3年多的驗證，飛而康的技術產品經過了各種性能指標的檢測，最終積累了驗證性能的數據庫，數據結果表明飛而康科技的3D打印產品具備航空要求的可重復性和穩定性，能夠上到民用飛機。所以飛而康科技承擔了這些艙門零部件的3D打印生產。

沈于藍介紹，2016年6月，飛而康科技應商飛公司要求，緊急啟動了C919型飛機風扇進氣入口構件的研制，該構件位于飛機發動機吊掛內，結構復雜，是重要的功能部件。飛而康科技采用基于SLM的3D打印技術，對風扇進氣入口構件的這種鈦合金薄壁結構開展了技術攻關。飛而康科技整個參研團隊放棄休息，全情投入，經過不懈的努力在2個月時間內先后攻克了鈦合金大型薄壁件常見的應力開裂和型面變形等問題，按時完成了產品交付。

沈于藍也作為3D打印行業供應商代表被邀請到上海浦東國際機場現場見證了C919的首飛。對于C919成功首飛的感言，沈于藍表示，這是國之大器，航空人夢想的商用大飛機在中國得以研制并成功首飛，對我國航空事業意義重大，這不僅標志著航空工業人士多年的心血得到了收獲，也證明了國家要做好航空的決心，這對廣大航空人來說也是個積極的信號。

對于接下來的任務安排，沈于藍表示：“第一，我們會嚴格執行體系要求來生產C919的航空部件。第二，我們會繼續協同商飛切入零件的設計優化和打印方案優化，旨為C919提供通過3D打印的零部件來實現減重的要求。另外，接下來我們公司也會考慮投入到次承力件的3D打印研發中去。”而對于未來一旦大量生產的情況，如何保證穩定、高質量的生產，沈于藍表示，飛而康也都有布局安排，在現有3D打印機的基礎上已經有年新增10臺的規劃，做更多配套，把產品產量和質量提升上去。

而對于3D打印技術的價值，除了已經安裝在C919飛機上的構件，孫香云也向記者介紹了更多：在結構設計方面，在三維數模設計完成后用3D打印技術實現原型快速制造，以縮短結構設計驗證周期；特別是對未來新奇構型飛機的探索工作中，采用3D打印技術可快速制造出新構型模型，快速地進行結構性能驗證與修改，甚至進行吹風實驗。從目前來看這也是非常可行、有效且低成本的方法。在制造環節，3D打印技術在模具制造、工裝制造與修補等領域也有著廣闊的應用前景；在客服領域，3D打印技術可在工業設計、緊缺件制造和維修等方面有所實踐。

她認為，目前比較值得用3D打印技術制造的構件有兩類：第一類是結構復雜的產品，對功能有特殊要求，傳統制造方式不容易生產出來的；第二類是構件尺寸很大，而傳統制造方法，如鍛造和鑄造所需的設備很少有的情況，“極端情況下，滿足要求的大型鍛造機全世界也沒有幾臺，就算不計成本到那兒排隊生產，研制周期也是等不起的。”在孫香云看來，對于民用飛機來講，能夠切實實現3D打印技術減重設計理念，一定是在解決了3D打印制造過程的穩定性及其質量監控手段有效保障的前提下。目前，這也是大家努力的方向。