那根3.07米高的C919中央翼缘

时间:2019-01-22 11:01:03  来源:西北工业大学

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那根3.07米高的C919中央翼缘

让设计更自由,让制造更简单2014年,歼20总师杨伟来到西北工业大学,专程考察铂力特公司和金属3D打印技术


站在那根3.07米高的C919中央翼缘条前,歼20总师杨伟久久凝视。

他久久凝视,不愿离开。让他非常感慨的是,过去只知道正在研究中的金属3D打印技术,没想到已经达到这样的水平,已经发展得如此成熟和完美。

是的,这是一根用金属3D打印技术“打印”出来的国产大飞机零部件——C919中央翼缘条。

而且,它是一家中国公司用自己拥有完全知识产权的技术和设备打印出来的。

“金属3D打印技术”,究竟是一种什么样的技术?

一鸣惊人的尖端科技

一块材料,一块蜂窝状的超轻金属结构材料,捧在了陕西省省长刘国中手中。

2018年12月4日,刘国中视察位于西安高新区的西安铂力特增材技术股份有限公司(下称“铂力特”)。面对该公司已经打印出的各种超轻超薄超异形,却超坚超固超精良的金属结构材料和零部件,他频频点头,连连称赞。

还是这块材料,几年前更是引起了国务院总理李克强的极大兴趣。

2015年10月19日,北京,首届大众创业万众创新活动周上。当这块蜂窝状金属结构材料被总理自然落体摔落在地,150斤重的铂力特公司总经理薛蕾再全身踩上去也难致丝毫损伤后,李克强总理颇感惊讶。他连连发问,仔细探究,并当场和同行的科技部部部长万钢、工信部部长苗圩就3D打印技术进行交流。

不错,这正是一块应用金属3D打印技术打印出来的金属材料,也是目前任何传统制造技术都无法生产的材料。

但在铂力特,这其实还仅仅只是一块简单的样材,更大更坚更精良更复杂的材料,早已广泛应用在了我国的导弹、飞机、火箭、卫星、航空发动机等领域,包括C919大飞机。

其中最引人注目的,正是那根3.07米高的C919中央翼缘条。

这根“缘条”,在北京2015年的首届“双创周”上,也曾矗立在李克强总理面前,和那块蜂窝状材料一样,引起过总理的特别关注。如今,它又醒目地矗立在刘国中省长面前。

“这是铂力特应用自研的激光立体成形金属3D打印技术,和自己设计制造的金属3D打印设备,专为C919大飞机打印的中央翼缘条。”铂力特公司总工程师赵晓明骄傲地向省长介绍。

这件钛合金材质的中央翼缘条,尺寸3070毫米,重量196千克,于2012年1月打印成功,同年通过了商飞的性能测试,2013年成功应用在了国产大飞机C919首架验证机上。这是国产机型首次在设计验证阶段利用3D打印技术制备承力部件,在国际民机的设计生产中亦属首次。

更重要的是,这件钛合金结构长达3米的C919中央翼缘条,作为机翼的关键部件,以我国当时的制造能力还无法满足需求,而如果向国外采购,又势必影响大飞机的国产化率。

铂力特公司董事长黄卫东说,钛合金应用量是现代飞机先进性的一个代表性指标,我国大型钛合金结构件制造技术相比欧美差距较大,在满足大飞机制造需求方面还存在工艺和制造困难。

“铂力特的金属3D打印技术为钛合金零部件的加工提供了新的技术途径,也为中国的航空制造打开了一扇新窗。”黄卫东不无兴奋。

“3D打印”学名“增材制造技术”,原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片,然后把要“打印”的材料按切片图形逐层叠加,最终“堆积”成完整的物体。

铂力特自研的激光立体成形金属3D打印技术通过激光融化金属粉末,几乎可以打印任何形状的产品。其最大特点是:使用的材料为金属,打印的产品具有极高的力学性能,能满足航空航天、模具、汽车、医学、齿科、工艺品等不同行业的需求,尤其是关键零部件加工生产难度极大的航空航天航发领域。

“为国产大飞机C919制造中央翼缘条,是金属3D打印技术在航空领域应用的典型。”黄卫东说。

3.07米高的C919中央翼缘条,是铂力特的佳作之一,技术难度极高,至今依然是国际上无拼接连续成形尺寸最大的金属3D打印零部件(送粉方式打印)。其力学性能先后通过商飞五项性能测试,强度一致性显著优于美国波音公司标准,测试实验得到中国商飞“其性能略好于锻造件”的高度认可。

“其性能略好于锻造件”是一个极高的评价——黄卫东说,一是因为我国当时还锻造不出来这种超大尺寸的复杂结构件;二是即使国际上的航空零部件制造巨头,锻造这样的缘条,其技术经济性也不好;三是当时绝大多数人都认为金属3D打印件的性能不可能达到锻件的水平。

“经过多年攻关,铂力特用自研的金属3D打印技术解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题,打印的C919中央翼缘条在性能上完全可以替代从国外进口的锻造件,为国产大飞机的研制作出了自己的贡献。”黄卫东不无骄傲。

不仅如此!继C919中央翼缘条后,目前的铂力特已应用金属3D打印技术为国产各类飞机制备了近2万个零部件,其中绝大部分已装机使用。

黄卫东自豪地说,中国是第一个掌握了大型构件激光立体成形技术的国家,复杂精密金属结构件的增材制造装备与应用已达到世界先进水平,并且第一个将其应用在了战斗机和民航客机上,站在了金属3D打印技术生产和制造的制高点。

花在产学研后红

能让李克强总理“颇感兴趣”,让杨伟总师“久久凝视”,铂力特的金属3D打印技术是如何做到一鸣惊人的?

这一技术的研发人就是黄卫东和他所带领的团队。

黄卫东最主要的身份是西北工业大学教授、博士生导师、长江学者、激光制造工程中心主任,同时也是国家科技部3D打印专家组首席专家、国家智能制造重大科技项目总体专家组成员、国家增材制造创新中心副主任。

早在上世纪90年代初,黄卫东就开始关注“3D打印技术”。虽然其当时还不叫这个名字,但这一能够快速成形、快速进行原型制造的技术,却引起了他的强烈兴趣。

与此同时,一个企业家折生阳,也敏锐地意识到了这一技术的前瞻性与革命性,和一旦成功后所拥有的巨大市场效益。

折生阳是黄卫东在西工大本科时的同学和班长,1981年毕业后,先在科研院所做研发工程师,后到陕西省科技咨询中心任主任,1992年顺时而变下海营商,成立了民营陕西华秦科技实业有限公司(下称“陕西华秦科技”)。

长期在科技行业闯荡的折生阳,在下海之初就看好黄卫东的科研实力,并一直持续关注他的科研动向。1995年,聚在一起的两人就“3D打印技术”越议越热,最后决定由折出资扶助黄持续研发,攻克金属3D打印技术难关。

这一“持续”就持续了20多年。

为了更好地进行研发,折生阳与西工大及黄卫东教授团队,1997年签署了联合科研合作协议并成立了金属3D打印“课题组”,2007年又共同在陕西华秦科技成立了金属3D打印事业部。

在折生阳持续的资金支持下,黄卫东持续研发的金属3D打印技术不断取得重大突破,产学研融合也相继结出一个又一个硕果。

2011年7月,应中国商飞经营合作方面的要求,折生阳与西工大及黄卫东等人又共同组建了股份制企业——西安铂力特增材技术股份有限公司。

根据约定,西工大和黄卫东出技术,折生阳等出资金,黄任董事长,折为副董事长并作为实际控制人负责公司经营。

产权明晰,责权利清晰后的校企合作、资本与技术合作,有了良好的股权激励机制和企业化运行机制,促使这一尖端成果加速实现产学研融合。

从联合科研攻关的“课题组”,到华秦科技金属3D打印事业部,再到铂力特公司,最具标志性的成果,正是那件钛合金材质3.07米高的C919中央翼缘条。

忆起这件“缘条”,当时都在“课题组”里的折生阳、黄卫东、薛蕾、赵晓明等人至今都印象深刻,并充满感情——那是2011年年初,“课题组”接到要为中国商飞研发设计并制造“金属3D打印C919中央翼缘条”的任务……

“课题组”奋力拼搏、日夜鏖战,在不到一年的时间里,在废旧教学实验厂房装修出了现代化的金属3D打印工厂,研制出了缘条打印专用设备,完成了材料性能与结构性能测试等一系列要求极高的工作,并同步组建了西安铂力特公司,最终在2012年年初完成了打印缘条的一切准备工作。

此后的元旦到春节期间,黄卫东、薛蕾、赵晓明和林鑫等西工大核心支持团队20多人加班加点与时间赛跑,终于赶在大年三十(2012年1月22日)上午,一次性成功打印完成了第一件C919中央翼缘条。

当天中午,激动的西工大周尧和院士宴请攻坚团队吃了顿团圆饭。

“团圆饭从中午一直吃到大年三十晚上,我们大多数人都喝多了!”吃完饭、喝完酒,已是新年的大年初一,赵晓明才想起还没置办年货。

成功打印出这件至今都“笑傲江湖”的C919中央翼缘条后,铂力特也和中国商飞建立了长期而紧密的合作关系。

公司化后,黄卫东团队的金属3D打印技术在科研上突飞猛进,铂力特将其产业化后的市场推广也进展神速。很快,公司打印的材料和零部件就成规模地向特定企业推广。

目前,从C919中央翼缘条到航空发动机零件,从航天飞行器零件到医学植入体,铂力特的激光立体成形金属3D打印技术,在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体民机关键构件激光3D打印工艺和成套设备,成功打印出大型飞机、航空发动机等零部件,科研和技术水平、制造能力均处于国际领先,成为高精度金属3D打印的领导者。

仅在2017年,铂力特就为中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等100多家特定单位增材制造超过2万件金属零件,批量应用于一批先进的飞机、发动机、火箭和卫星等国家重大任务。

2018年,铂力特又为200多家单位增材制造了3万多件金属零件。

尖端的技术也为铂力特带来了良好的效益。公司成立3年后的2014年,净销售额就突破了1亿元,2016年达到2.3亿元,2018年猛增到3亿多元。

2018年7月,西工大又与铂力特成立了协同创新设计研究院,持续推进科研创新与产业应用的融合发展,推动增材制造技术的工程化应用和产业发展。

在铂力特公司展厅的一面墙上,挂着满满一墙的专利证书和获奖证书,光彩熠熠。自2011年成立以来,铂力特已申请并获得国内外增材制造技术相关专利160余项,目前还有数十项正在申请中。获得的各种奖励更是不计其数,仅2017年就获得国防科技进步一等奖1项、二等奖1项。

与此同时,铂力特在行业内的“赫赫盛名”也香飘国外。

2017年5月20日,英国切尔西市老市政厅,首届全球年度3D打印行业颁奖盛会盛大举行,铂力特荣获“全球3D打印OEM奖”,是这次上榜的唯一一家中国金属3D打印企业。

科技部部长万钢在西安调研时,对铂力特的金属3D打印技术如此评价:技术特色鲜明,具有很强的引领性。

编辑:丁婉


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