星馳恒動：航天3D打印助力智能制造

北京星馳恒動科技發(fā)展有限公司 屈 林 孟煒杰 高 璐

北京星馳恒動科技發(fā)展有限公司（以下簡稱“星馳公司”）成立于1995年，是北京衛(wèi)星制造廠有限公司下屬的全資子公司，也是一家以航天技術(shù)為依托的國家高新技術(shù)企業(yè)。星馳公司充分利用中國航天的技術(shù)優(yōu)勢，開展航天技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用開發(fā)，形成了先進制造、智能裝備、節(jié)能環(huán)保等業(yè)務(wù)，成功開發(fā)了3D打印技術(shù)及裝備、智能生產(chǎn)線、一體化水處理設(shè)備等產(chǎn)品和技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于航天航空、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域。

一 堅持以技術(shù)為支撐，立足市場

自2016年起，星馳公司開始開展3D打印技術(shù)研發(fā)及工藝設(shè)計，經(jīng)過大量的實驗和驗證后，研發(fā)了熔融沉積成型、立體光固化成型、激光選區(qū)融化、激光金屬沉積等技術(shù)。2018年5月，星馳公司自主研發(fā)的3D打印產(chǎn)品——嫦娥四號中繼星某零件實現(xiàn)首次在軌應(yīng)用，證明了增材制造技術(shù)將成為未來制造業(yè)的重要技術(shù)之一，并助推著智能制造的發(fā)展。在全面助力型號產(chǎn)品研制生產(chǎn)的同時，星馳公司致力于航天成果的轉(zhuǎn)化，自主研發(fā)了依托多項航天技術(shù)、適用于科普教學(xué)的桌面3D打印機。

（一）增材制造技術(shù)服務(wù)

星馳公司依托航天技術(shù)背景，著力開發(fā)增材制造先進技術(shù)與服務(wù)，開展了鈦合金、鋁合金、高溫合金等材料的3D打印技術(shù)研究，突破了復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件激光選區(qū)熔化變形與尺寸精度控制、拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)件設(shè)計與制造、極限尺寸結(jié)構(gòu)件制造、3D打印產(chǎn)品性能調(diào)控與后處理等關(guān)鍵技術(shù)。

隨著航天技術(shù)和增材制造技術(shù)的發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)對金屬3D打印技術(shù)提出了迫切的需求，星馳公司按照《航天器產(chǎn)品工藝鑒定管理要求》，針對鋁合金、鈦合金進行了原材料粉末特性、工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝支撐設(shè)計、后處理工藝研究和典型SLM成型產(chǎn)品檢測與評價等研究，獲得了穩(wěn)定的成型工藝技術(shù)，并對成型產(chǎn)品的質(zhì)量進行了評定，通過航天器產(chǎn)品工藝鑒定，獲得上星許可。2018年5月21日，嫦娥四號中繼星發(fā)射成功，其中就用到了星馳公司承制的3D打印星上產(chǎn)品。截至2018年底，星馳公司已完成嫦娥四號、天宮等18個型號36種300多個零件產(chǎn)品的3D打印任務(wù)。

▲星敏支架

▲動量輪斜裝支架

▲散流器

▲技術(shù)依托

▲產(chǎn)品系列

增材制造作為一項前瞻性、戰(zhàn)略性技術(shù)，其工程應(yīng)用性很強，領(lǐng)域跨度很大，對未來制造業(yè)，尤其是高端制造的發(fā)展具有十分重要的作用。除了需要加強對增材制造技術(shù)、工藝、裝備及相關(guān)材料的研究之外，找準(zhǔn)應(yīng)用市場及產(chǎn)業(yè)化方向同樣至關(guān)重要。星馳公司在增材制造領(lǐng)域堅持以市場需求為導(dǎo)向，不斷完善改進現(xiàn)有技術(shù)，從加工精度、生產(chǎn)效率、材料使用性能等方面提高現(xiàn)有技術(shù)水平。同時，密切關(guān)注國內(nèi)外最新技術(shù)進展，增加自身技術(shù)儲備。

未來，星馳公司持續(xù)致力于將3D打印技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)工藝領(lǐng)域有機結(jié)合并產(chǎn)業(yè)化，向客戶提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)方案。星馳公司還將進一步完善現(xiàn)有的金屬3D打印工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，突破關(guān)鍵技術(shù)，提升服務(wù)質(zhì)量，進一步開拓市場，深化在航空航天、武器裝備、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

（二）桌面3D打印機及其配套產(chǎn)品

神舟星格瑪桌面3D打印機采用熔融沉積制造（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）原理，根據(jù)待打印模型的截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面，一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個實體造型。

該桌面3D打印機是星馳公司根據(jù)市場需求，依托多項航天技術(shù)（精密驅(qū)動與傳動技術(shù)、高可靠機電控制與管理技術(shù)、高精度成型技術(shù)等），結(jié)合3D打印技術(shù)原理自主研發(fā)的產(chǎn)品，也是典型的航天技術(shù)向民用市場轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品。該產(chǎn)品擁有20余項國家發(fā)明專利，并通過了我國權(quán)威檢驗機構(gòu)認(rèn)證和歐盟CE認(rèn)證。

針對不同的用戶需求，星馳公司針對桌面3D打印機有一體化設(shè)備和模塊化設(shè)備兩大產(chǎn)品系列。可應(yīng)用于教育、航空航天、醫(yī)療、建筑設(shè)計等領(lǐng)域，確保創(chuàng)意與產(chǎn)品的快速實現(xiàn)。

星馳公司自主研發(fā)的桌面3D打印機產(chǎn)品主要有以下優(yōu)勢：

（1）打印精度高。星馳公司自主研發(fā)的3D打印機的打印精度為0.1mm，可完成對要求較高精度的復(fù)雜產(chǎn)品的制造，滿足學(xué)校科普和新產(chǎn)品開發(fā)等場景的需求。星馳公司在桌面3D打印機的核心部件——打印噴頭上擁有多項關(guān)鍵技術(shù)，包括采用機電熱一體化設(shè)計、航天隔熱結(jié)構(gòu)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)等，該產(chǎn)品還具有出絲均勻、運行可靠的特點。該產(chǎn)品在制造中采用了航天精密制造、裝配與測試技術(shù)，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量與設(shè)計指標(biāo)匹配。

▲3D桌面打印機噴頭

▲3D桌面打印機顯示屏

（2）產(chǎn)品智能化水平高。產(chǎn)品的人機界面配備觸摸屏，用戶可以使用一鍵打印功能，人機交互性能友好。產(chǎn)品還具備斷料檢測、斷電續(xù)打等功能，減少因材料缺少和意外斷電導(dǎo)致的打印失敗問題。此外，該產(chǎn)品還具有聯(lián)網(wǎng)功能，用戶不僅可以遠(yuǎn)程查看設(shè)備的狀態(tài)，還可以遠(yuǎn)程操作設(shè)備、下載模型和進行軟件系統(tǒng)升級等。

（3）產(chǎn)品配套服務(wù)齊全。圍繞3D打印機，星馳公司開發(fā)了PLA耗材、3D打印教程與培訓(xùn)等配套產(chǎn)品，為3D打印用戶提供一整套3D打印教育解決方案。同時，為用戶提供電話、網(wǎng)絡(luò)、視頻、線上/線下等多種形式的技術(shù)支持。

目前，神舟星格瑪系列產(chǎn)品已實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，廣泛用于國內(nèi)外多個地區(qū)，并獲得用戶的普遍好評。

二 堅持航天品質(zhì)，為客戶創(chuàng)造價值

自成立以來，星馳公司始終把客戶的滿意度作為項目評價的重要考量因素，堅持以“嚴(yán)、慎、細(xì)、實”的航天精神開展每一項工作，以嚴(yán)苛的航天質(zhì)量要求對待自身的產(chǎn)品與服務(wù)，并以此建立了面向全國的3D打印生產(chǎn)制造中心與產(chǎn)業(yè)化服務(wù)渠道。

目前，星馳公司的3D打印業(yè)務(wù)涵蓋了航天型號產(chǎn)品研制、新產(chǎn)品試制、工裝制造、民用文化創(chuàng)意類產(chǎn)品制造，以及面向教育行業(yè)的FDM桌面機、PLA耗材、教材與培訓(xùn)。在服務(wù)軍民市場的過程中，星馳公司順利與中國航天科技集團有限公司、中國航天科工集團有限公司、中國航空工業(yè)集團有限公司等軍工企業(yè)的下屬院所，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高等院校建立了密切的合作關(guān)系。與此同時，星馳公司在重慶、遼寧、山西等地區(qū)大力推廣以桌面3D打印機為主的創(chuàng)客教育，并提供包括設(shè)備、耗材、教材、培訓(xùn)等在內(nèi)的一整套3D打印教育解決方案。

三 堅持3D打印協(xié)同創(chuàng)新平臺，驅(qū)動發(fā)展

近年來，國家出臺了多項鼓勵和支持發(fā)展3D打印技術(shù)的有關(guān)政策。例如，《增強制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃（2018—2020年）》中明確指出，“支持增材制造企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)合作，推動成立一批在線協(xié)同設(shè)計、數(shù)據(jù)互聯(lián)共享、分布式制造的增材制造云平臺，降低應(yīng)用門檻，為用戶提供創(chuàng)新設(shè)計、產(chǎn)品優(yōu)化、快速原型制造、模具開發(fā)等應(yīng)用服務(wù)。”2017年11月27日，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，該意見對發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)做出重要部署，提出要著力打造網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大體系，其中，網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，平臺是核心，安全是保障。當(dāng)前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展總體還處于起步階段，技術(shù)體系、應(yīng)用場景、商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍處于快速迭代、持續(xù)探索過程中，需要結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展形勢和應(yīng)用實踐，持續(xù)開展調(diào)查研究、總結(jié)經(jīng)驗、提煉規(guī)律、深化認(rèn)識，打造我國多層次、系統(tǒng)性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系。

▲市場情況

▲產(chǎn)品配套

隨著3D打印產(chǎn)品數(shù)量不斷增多，產(chǎn)品的材料類型、尺寸大小、結(jié)構(gòu)形式、工藝方法均呈現(xiàn)多樣化趨勢，而目前市場中有大量閑置的3D打印資源無法利用，亟需構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的3D打印平臺，使工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理服務(wù)等在平臺中并行運行、協(xié)同管理，讓信息傳遞更具完整性、準(zhǔn)確性、時效性，推動3D打印人才、技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、資金、知識等資源的大范圍動態(tài)共享和按需提供，促進資源配置高效化、生產(chǎn)方式智能化、組織管理靈活化，不斷催生個性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、服務(wù)型制造、精準(zhǔn)供應(yīng)鏈管理等新模式新業(yè)態(tài)。亟需一個平臺，打通用戶需求、研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造間的信息孤島，并將先進企業(yè)的經(jīng)驗轉(zhuǎn)化模型化，保證打印的質(zhì)量，推動3D打印在航空航天乃至整個制造業(yè)中的應(yīng)用。

星馳公司根據(jù)3D打印機的使用需求和未來的發(fā)展趨勢，正在建立面向3D打印的互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新平臺，圍繞3D打印技術(shù)與產(chǎn)品的應(yīng)用場景，打造涵蓋用戶、設(shè)計、設(shè)備廠商、3D打印工廠、產(chǎn)品物流和支付等要素的全流程生態(tài)社區(qū)，旨在推動3D打印技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前，星馳公司已初步搭建了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的FDM桌面3D打印平臺，實現(xiàn)了桌面3D打印機的生產(chǎn)管理、銷售及售后工作的在線管理，也實現(xiàn)了桌面3D打印機的工作狀態(tài)監(jiān)控，方便用戶的使用。將桌面3D打印機的基本信息、動態(tài)信息接入互聯(lián)網(wǎng)平臺，可對桌面3D打印機的使用狀況等進行分析，有利于桌面3D打印機的優(yōu)化和升級。桌面3D打印機互聯(lián)網(wǎng)平臺主要包括后臺管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、認(rèn)證系統(tǒng)、桌面3D打印機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、保修系統(tǒng)、模型管理系統(tǒng)、商城管理系統(tǒng)和桌面3D打印機APP等。后續(xù)將逐步完善平臺功能，將金屬打印業(yè)務(wù)接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

最終3D打印工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新平臺的功能為：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的3D打印平臺，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能傳感和人工智能等信息化技術(shù)與3D打印技術(shù)深度融合，構(gòu)建精準(zhǔn)、實時、高效的數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的3D打印全流程服務(wù)體系，打通工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造等各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的“信息孤島”，以“云上協(xié)同管理，云下智能制造”的形式，提供“工藝設(shè)計、智能生產(chǎn)、品質(zhì)監(jiān)控”等服務(wù)，將3D打印技術(shù)、經(jīng)驗與知識模型化、標(biāo)準(zhǔn)化、軟件化，實現(xiàn)3D打印知識服務(wù)、生產(chǎn)過程優(yōu)化、產(chǎn)品全生命周期的管理服務(wù)優(yōu)化、企業(yè)管理的運營決策優(yōu)化，以及更深、更廣的資源優(yōu)化配置。

四 結(jié)束語

星馳公司自成立以來，致力于成為以技術(shù)為支撐，以市場為向?qū)В杂脩魹楹诵牡南冗M制造和智能裝備解決方案倡導(dǎo)者與提供商，培養(yǎng)了一支專業(yè)化的人才隊伍，依托北京衛(wèi)星制造廠有限公司的先進技術(shù)和經(jīng)驗，不斷提升能力、完善自我、創(chuàng)新發(fā)展，努力為用戶提供尖端、高效、可靠、貼心的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。