近日,第55届法国航展在巴黎布尔歇机场举行,宁波中科祥龙轻量化科技有限公司牵手国际商发公司研发的一款大尺寸飞机发动机零件——带冷却的中间支承(Cooled Turbine Vane Frame)吸引眼球。
该产品不仅使用的是特殊高耐温材料,而且采用了双层机匣嵌套结构并集成双层大扭角叶片,整体结构极端复杂。但由于采用了增材制造技术,仅耗时6个月就实现了从工艺开发到全尺寸零件研制,研发效率大大优于传统工艺,关键技术参数也毫不逊色。
“飞机发动机部件制造难度极大,帮助全球商发巨头定制产品,展现了企业的实力。”中科祥龙联合创始人诸梦醒告诉潮新闻记者,增材制造被形象地称为3D打印,经历多年发展已延伸出多条技术路径,“谁能在结构优化设计和制造工艺上领先一步,谁就能在激烈的增材市场竞争中抢得先机。”
中科祥龙3D打印飞行器零部件样品。通讯员供图
作为中国科学院宁波材料所孵化的高新技术企业,中科祥龙依托在SLM(选择性激光熔化)的技术积累,提前抢占航空航天轻量化新赛道,现已形成年处理百余项产品设计的工程化能力,“龙腾”之势堪称迅猛。
3D打印,关键一环是把产品信息转化为“打印图纸”,这考验着各家企业的结构设计和工艺设计能力。依托中国科学院宁波材料所超算中心的强大算力支持,中科祥龙构建起参数化建模与多学科仿真平台,实现飞行器结构的“性能-成本-工艺”多目标优化,大大提升了航空航天部件结构设计的效率。
中科祥龙创新的特征识别方法称得上是“独门绝技”。该方法能够在短时间内大量验证与结构特征相结合的打印参数,将复杂发动机承力框架从12个零件简化为3D打印一次成型。而针对零件所用的高耐温镍基高温合金这一独特材料,中科祥龙更开发了光斑能量补偿算法,将缺陷发生率从行业平均8%降至1.2%。
以今年在各展会大放异彩的带冷却的中间支承为例,由于是国内首次使用K438材料(镍基高温合金)打印600mm量级复杂结构件,为解决金属材料高裂纹敏感性、致密度差的缺点,中科祥龙团队大胆开展创新,采用变层厚与优化扫描策略结合的打印方案,平衡了制造效率和材料性能。
创新从来不简单。项目相关负责人告诉记者,由于该零部件由多种不同的精密结构件组成,打印时,每一种结构在受到外部条件影响时所具有的敏感性也不同,有的韧性更强,有的则容易发脆,这就对原材料性能和打印条件控制提出了极为严苛的要求。“我们在很短的时间内试验了近百种加工方案,最终将材料的致密度提高到了99.99%,几乎达到了锻造金属的水平。”
中科祥龙员工操作设备。通讯员供图
商业航天领域,材料成本一直是制约行业发展的重要因素。中科祥龙与其合作伙伴一起,通过成分优化与雾化制粉技术,成功将镍基合金成本降低了37%,开发的钛铝梯度复合材料密度降低了28%。为确保新材料的可靠性和稳定性,中科祥龙还建立了“材料-工艺-检测”闭环验证平台,实现了新材料从实验室到产线的快速转化。
走在生产车间,一台台经过个性化设计的3D打印设备有序运转。中科祥龙建成国内首家3D打印智能净化工厂,运用5G+工业互联网技术打造“设备互联-数据互通-决策智能”的数字化生态。2024年,中科祥龙的产能利用率提升至92%,良品率达98.7%。通过数字孪生技术,中科祥龙更已实现生产过程的实时监控,取消了传统“两试一装”环节,效率提升了5倍。
“航空航天、低空经济等领域的快速发展对零部件轻量化的需求非常迫切,而金属3D打印技术则非常适合用于这类产品的设计和制造。”诸梦醒告诉记者,随着技术迭代,如今增材制造设备已能生产越来越大的零件。这对企业来说既是挑战,更是机遇。
近日,中科祥龙成功上榜浙江省独角兽企业系列榜单,在诸梦醒看来,这正是“硬科技”价值所在。
“我们不仅拿到了国际商发巨头的多份订单,数字工厂模式还向汽车、医疗领域延伸。此外,随着可复用火箭技术的成熟和商业航天的快速发展,企业正加速布局卫星批量化制造。”诸梦醒说,中科祥龙将持续拓展3D打印技术在更多领域的应用,用科技创新为先进制造赋能。
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