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


默默无闻的行业翘楚

2017年3月,上海,亚洲3D打印、增材制造博览会上,原航空航天部部长林宗棠,大老远就被铂力特打印的超大尺寸航空发动机叶片所吸引。

这件933mm的零件是目前世界上SLM(铺粉方式)技术打印的一次成形尺寸最大的钛合金零件,叶片结构经过拓扑设计、中空、复杂空间曲面整体成形,叶片重量与同尺寸的碳纤维复合材料叶片相当,但侧向性能更好,整体化成形也使得零件的可靠性大大提高。

同时展出的还有超大尺寸航空发动机机匣,直径达到576mm,也是目前世界上SLM技术打印的最大直径的零件。

在这两件“零件”面前,林老详细询问其特点、技术、制造,对铂力特能开发出这样的“国之重器”深感欣慰,勉励铂力特人要再接再厉,利用先进技术促进中国航发制造加速发展。

航空发动机关键零部件,传统技术生产难度极高。铂力特用金属3D打印技术做到了简单化生产——只需电脑设计好打印程序,按切面一层层打印即可。

黄卫东说,金属3D打印技术目前在航空航天,以及航空发动机等领域关键部件的制造上都得到了运用,一是因为这项技术几乎能制造出任何复杂结构的零件,非传统技术可比;同时,其轻量化、拓扑优化的特点,又能为材料实现可观的减重,这在对重量“斤斤计较”的航空航天领域,用途尤其重要。

折生阳说,经过几年的发展,铂力特已和航空航天领域的200多家企业进行合作,在公司目前的业务板块中,航空航天就占据了近80%的份额。3D打印航空零件方面,仅与某飞机制造公司的合作,零件年交付合同额2018年已达到5000万元,2019年可实现1个亿。

此外,金属3D打印技术对航空航天航发零部件的修复能力也独树一帜。

黄卫东说,航空航天航发零件结构复杂、成本高昂,一旦出现瑕疵或缺损,只能整体更换,可能造成上百万元的损失。通过金属3D打印技术,可用同一材料将缺损部位修补成完整形状,修复后的性能不受影响,大大节约了时间和金钱。

除了加工生产、修复各种定制零部件,铂力特还开发出拥有自主知识产权的激光金属3D打印商用设备,并成套向企业销售,这使其不仅是目前国内最大的金属3D打印零件加工商,也成了技术最领先的金属3D打印高端设备制造商。

折生阳清楚的记得,在还是“课题组”时,2007年就向航天某研究院销售了第一台金属3D打印设备,2009年向航发某制造公司销售了第二台,2010年,又在华秦科技3D打印事业部向某飞机制造公司销售了第三台。

“这3台设备至今还都一直正常使用着,2018年我们的金属3D打印设备要成套卖出100多台。”折生阳说。

2017年12月1日到3日,首届中国工业设计展览会在武汉举行,铂力特激光金属3D打印商用设备BLT-S310,与中国商飞、中车集团、小米等12家企业的参赛作品,同获“首届中国工业设计展览优秀工业设计作品”奖。

铂力特公司总经理薛蕾博士说,BLT-S310是铂力特的主打产品之一,可打印钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、不锈钢、高强钢、模具钢等材料;设备成形精度好、稳定性高、人机交互体验强,可实现24小时无人值守不间断工作;现已广泛应用在航空、航天、发动机、电子、工业模具等行业。

2018年3月,BLT-S310设备获得德国不来梅金属3D打印服务中心正式验收。该设备2017年就远销欧洲,成为空客A330增材制造项目专用机型。能得到空客的认可和德国的验收,意味着铂力特品牌设备已满足国际高端装备制造标准。

长期以来,国际高端金属增材制造装备市场一直被美国、德国和英国的公司垄断。铂力特在国家重点研发计划“增材制造与激光制造”专项支持下所研发的BLT-S310,实现了工业级高端金属增材制造装备的国产化,并成功出口法德两国,打破了国外垄断。

2017年3月10日,中国航空发动机集团副总经理陈少洋在铂力特调研时说,金属3D打印是加速航空发动机研制和生产的重要手段,铂力特在金属3D打印方面聚焦二十多年,技术及研发实力雄厚,中国航发与铂力特的合作前景广阔。

铂力特公司总经理薛蕾博士说:“铂力特的金属3D打印技术及装备能够应用于国产发动机的研制及生产,是铂力特的荣耀和义不容辞的责任。”

“可能有一天,我们甚至会整体打印出一套完整的航空发动机。”仅有30多岁的公司总工程师赵晓明博士想的更远更激情澎湃。

作为金属3D打印方面的专家,铂力特目前已与航天科工、航天科技、中航工业、中国航发,以及欧美的AIRBUS、GE、SAFRAN等大公司都建立了合作关系。公司拥有各类金属增材制造设备近百台,可年产定制化产品2万余件、工业级金属增材设备200余台,支持“机、弹、箭、星”等十余个国家重点型号建设,并被授予“工信部智能制造试点示范项目”。

几年间,业外默默无名的铂力特,成了业内赫赫有名的行业翘楚。

2017年3月,工信部副部长辛国斌在铂力特调研时鼓励铂力特人:一定要利用创新优势努力发展,为国家工业发展助力增彩。

2017年8月,中国航发商发制造与铂力特等5家企业共签航空发动机产业“1+N”战略合作协议。

2018年12月,中国商飞上飞公司与铂力特签约共建3D打印联合试验室。

中国航发商发公司董事长张玉金说,铂力特就像一颗珍珠,是商发稀缺的技术资源,是优秀的合作伙伴。

“缘条”引得“空客”来

“我们只和全世界最优秀的团队合作”。

2014年3月14日,欧洲空中客车公司与西工大签署合作协议,共同开发激光立体成形技术(激光3D打印技术的一种)在航空领域的应用,合作开展大型精密飞机结构件打印研发和验证,铂力特也作为合作实施方参与其中。

空客首席运营官说:“之所以找你们合作,就是因为看到你们为C919做得非常好。”

空客主动找上门来要求合作,一是看中公司有“最优秀”的科研团队,二是看中公司有“最优秀”的运营团队和运营机制。

铂力特公司技术来源于西工大,依托西工大凝固技术国家重点实验室和激光制造工程中心,科研实力雄厚;拥有一支高精尖科研精英团队,研发人员占全员的40%,研发投入每年高达数千万元;超过30%的员工拥有硕士以上学历,平均年龄不超30岁。

还有,公司主要精英也均和西工大有缘——公司董事长黄卫东来自西工大,公司控制人折生阳毕业于西工大,公司总经理薛蕾和总工程师赵晓明都曾在西工大是黄卫东的博士生。薛蕾是毅然辞去了西工大的教职,赵晓明是决然辞离了北京的国家级科研院所。

铂力特公司的企业化运行机制独树一帜。虽然西工大和黄卫东共同技术股份在铂力特占据51%,黄卫东出任公司董事长,但公司实际控制人是懂企业会经营的折生阳。折拥有公司重大事项一票否决权,牢牢把握着公司的运营方向。

“让教授干教授的事情,让企业家干企业家的事情”——既当过科研人员、又当过科技管理干部、已下海营商20多年的折生阳这样说。

在公司发生重大争议时,折生阳的“最后一票”尤显重要。

当年,在公司生产出3D打印设备后,要不要将设备推向市场,公司曾发生过激烈争吵。多数人认为不应该将自家的“聚宝盆”让与他人。折生阳从企业长远发展角度认为应该卖,先共同把市场做大,铂力特同时也能多条腿走路。

激烈争吵之后,折生阳运用自己的一票否决权,大胆推动公司将商用设备推向市场,这也才有了继最早向3家特定单位销售3台设备后,铂力特的激光金属3D打印商用设备在中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等众多单位和企业的热销,并成功出口欧洲,享誉法德。

当然,最先进、最尖端的设备,铂力特还是要先控制在自己手里,等自己又研制出更高端的设备后,再将此前的设备推向市场——营商20多年的折生阳也有商人的精明。

拿此前享誉国内外的BLT-S310来说,仅仅只是铂力特所研制的众多设备中的一个型号。针对不同的应用,铂力特目前已开发出了BLT-S400、BLT-S500、BLT-S600、BLT-C600、BLT-C1000等设备,打印效率、打印尺寸,均达到国际领先水平。其中BLT-C600先后获得IF大奖、REDDOT红点奖。

折生阳骄傲地说:“目前的铂力特,业务范围已涵盖金属3D打印服务、设备、原材料、工艺设计开发、软件定制化产品等,构建了较为完整的金属3D打印产业生态链,成为金属3D打印技术的领导者,和世界先进的金属增材制造技术全套解决方案提供商。”

和空客签署合作协议4年后的2018年,铂力特通过了空客公司IPCA认证,成为空客亚洲区唯一的金属增材制造合格供应商。

2018年4月,空客、中航材与铂力特在西安共同启动空客A330增材制造项目,铂力特正式进军全球市场。

2018年8月,空客又与铂力特马不停蹄地签署了“增材制造联合研发项目协议”,铂力特迈入与空客的联合研发时代。

同时,空客也与西工大成立了增材制造联合实验室,开展更为前瞻性的联合研究,并于2018年11月在珠海航展期间共同揭牌启动。

2018年12月4日,空客A330增材制造项目负责人、法国空客集团的3位采购高管再次访问铂力特,对双方的合作给予了高度肯定,表示要长期合作。

当天,空客的高管还在铂力特公司巧遇了来视察的陕西省省长刘国中。双方见面交流的同时,不忘一起共同为铂力特点赞。

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,他久久凝视,不愿离开。

“缘条”旁,一同展出的还有铂力特自己动手专为歼20试制的部分金属3D打印零部件。杨伟看了又看,摸了又摸,感慨万千。

杨伟之所以震撼于金属3D打印技术,是因为设计历来都要受限于生产技术和生产工艺。拿飞机设计来说,有再好的空气动力学设计、再好的综合性能设计,包括有再好的设计思路和想法,而如果没有一家公司能生产出来,没有一个工厂能加工出适配的零部件,再好的设计都是白搭。

金属3D打印技术已经解决和正在解决这一难题。

在铂力特公司的展厅参观,也能同时浏览到人类设计和制造进步的历史。那根3.07米高的C919中央翼缘条对面,是一副人类制造最早开端的原始人打制石器的画面。

铂力特公司总经理薛蕾博士说,这正是持续亿万年一直到今天的“减材制造”,就是不断地把多余的部分去掉,机械制造时代的切、割、销、钻、刨、铣、磨等工艺,包括精密的数控机床冷加工都是“减材制造”。有了火之后热加工的锻、打、锤、敲等制造属于“等材制造”,最典型最简单的就是铁匠打铁。

无论是减材制造还是等材制造,都有其局限性,一是无法整体加工复杂零部件,都是先生产出一个又一个不同结构的零件,然后再或铆或焊、或连或接,耗时耗工难度还大;二是根本无法加工超异形超复杂超薄壁结构体,比如李克强总理感兴趣、刘国中省长捧在手里的那块蜂窝状结构体;三是难以为零部件减重。

金属3D打印属于“增材制造”,通过激光融化金属粉末,不断地往材料切片上增加金属粉末,几乎可以打印加工任何形状的产品,而且工艺简单、效率高、结构轻巧。

走进铂力特生产车间,仿佛进入了一个整洁的无人仓库。车间里除了一些矗立的金属“柜子”(金属3D打印设备),并没有一名工人。走进细看,才发现“柜子”里的激光正在一层又一层地自动“扫描”着金属粉末床——如此尖端的高科技生产之时居然是如此之简单。

相比减材制造和等材制造,增材制造无疑是一场巨大的革命。

拿那根3.07米高的C919中央翼缘条来说,若用传统锻造技术生产,一是国内当时技术能力不足,还锻造不出来,二是在国际上锻造工艺也非常复杂,效率不高,材料利用率还很低。

黄卫东说,在C919的设计验证阶段,中央翼缘条的成功试制贡献巨大,传统工艺6个月才能完成的制造工作,铂力特用金属3D打印技术,耗时仅仅5天(正式打印),实现了新产品的快速开发,并且一次成形,一次成功,金属原料钛合金涂层粉末,更是几乎没有半点浪费。

再回到那块李克强总理感兴趣、刘国中省长捧在手里的蜂窝状金属结构体上,因其良好的力学性能,轻量化、拓扑优化的特点,可以广泛应用于对材料要求极其严苛的航空航天航发领域。

比如替代传统技术所生产的机翼、机身材料,在坚固结实的同时,可以极大地减轻航空航天器材自身重量。设计人员就无需再为减重而绞尽脑汁地“斤斤计较”了,包括经常为减重不得不牺牲飞机性能,牺牲武器挂载。

黄卫东高兴地透露说——目前,铂力特在航空航天航发领域打印的2万余件零部件,在产品结构优化和功能提升的同时,均实现了整体结构减重,最高减重超过60%,有效地解决了传统结构存在的有效载荷提升难的瓶颈问题。

“金属3D打印正在创造一个宏大的新世界,今天,这个宏大的新世界仅仅是展现出一抹晨曦。”黄卫东难掩激动。

在他看来,热加工的发明使人类从“石器时代”进入“金属器时代”,冷加工的发明则推动人类进入“复杂机械时代”,而增材制造必将促成人类制造能力的又一次大飞跃,它将与冷加工、热加工并列,成为三足鼎立的三大技术之一。

“它将带动人类进入全新的‘自由设计时代’,并从根本上转变制造方式,推动社会产生更进一步的巨大变革。”黄卫东越说越激动。

在铂力特,有这样六个字醒目地镶嵌在墙上:“思无疆 造无界”。

总经理薛蕾博士解释说:“智能制造给定制设计带来无限可能;设计者的无限想象力因为智能制造、3D打印而可实现、可完成;金属3D打印可以让设计更自由,让制造更简单。”

他进一步补充说——有了金属3D打印,设计人员就可以尽情地放飞自己的思想,可以让自己的思维像脱缰的野马一样无限驰骋,因为有“无界”的智能制造来保障设计者的“所想”变“所现”。

革命性的金属3D打印增材制造技术,对我国来说极其重要,能弥补我国传统金属加工业的短板和不足,助力中国工业制造完成从“机械加工”到“智能制造”的转变。

在20余年的金属3D打印实践中,铂力特一直探索先进制造技术、智能制造所能给设计、制造带来的全方位的进步与发展,一直沿着“让设计更自由,让制造更简单”的道路砥砺前行。

目前,铂力特的金属3D打印技术无论在航空、航天、汽车、工业等“重器”领域,还是在手表、珠宝工艺品等精密设计领域,都能为设计师提供自由设计思路,实现“所想即可所现”的可能性。

杨伟在那根3.07米高的C919中央翼缘条前所发出的感叹,也正缘于此——“让设计更自由,让制造更简单”。

编辑:丁婉


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