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航天八院 | 他的3D打印技術(shù)與夢天艙一同逐夢寰宇 

2023-01-12 07:30

“我們主要做的是先進制造3D打印,這個技術(shù)從不太被認可、被認為是只能制造塑料玩具,到在夢天艙上有幾十件金屬產(chǎn)品的應(yīng)用?!?/p>

航天八院149廠創(chuàng)新中心主任、上海工程技術(shù)研究中心“復(fù)雜金屬構(gòu)件增材制造中心”主任、中國機械工程學(xué)會增材分會學(xué)術(shù)委員、2020級啟明星趙凱向上??萍冀榻B。


近期,趙凱的科研團隊研發(fā)了系列化增材制造工藝與裝備,實現(xiàn)了航天器大型輕質(zhì)承力構(gòu)件的增材制造,制造的產(chǎn)品通過了一系列考核驗證,成功應(yīng)用到了重大型號產(chǎn)品,實現(xiàn)了該項技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。


01

從不被看好,

到實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化

隨著運載火箭、空間飛行器和其他領(lǐng)域高端裝備的快速發(fā)展,對低成本、短流程、快批產(chǎn)等制造特征的要求越來越高。


針對以上需求,趙凱的團隊自主研制了具有智能化路徑規(guī)劃、多軸聯(lián)動解耦和全惰性氣氛保護等特點的大型金屬構(gòu)件系列化增材制造裝備和成套工藝,特別是克服了大型構(gòu)件增材成形過程中應(yīng)力集中導(dǎo)致變形開裂等問題,實現(xiàn)了米級尺寸鈦合金構(gòu)件、3.6米級高強鋼等大型構(gòu)件的一次打印成形,其中多款鈦合金球形燃料貯箱已成功應(yīng)用為衛(wèi)星等航天器。

他的3D打印技術(shù)與夢天艙一同逐夢寰宇 (1).jpg

其實,在最初,趙凱團隊研發(fā)的技術(shù)并沒有被看好?!皞€別典型產(chǎn)品的成功研制并不能拓展該項技術(shù)的全面運用,大家對新工藝新方法能否批量運用還是存在很多顧慮。”趙凱介紹說。


為了能夠打消設(shè)計師和型號老總的顧慮,滿足航天產(chǎn)品的可靠性一致性要求,趙凱的團隊在相關(guān)專項的支持下,開展了大量的基礎(chǔ)實驗驗證工作,并制定了從原材料到后處理再到檢驗的全鏈條工藝過程管理方法,最終形成了一系列工藝規(guī)范和技術(shù)標準,支撐了該項技術(shù)的在空間站夢天艙等型號的應(yīng)用。


“目前,航天八院149廠主要負責(zé)運載火箭、空間飛行器,戰(zhàn)術(shù)武器地面系統(tǒng)的制造、總裝和發(fā)射場服務(wù)。”趙凱介紹說,“同時,企業(yè)也完成了載人航天、探月工程等一系列國家重大工程任務(wù)?!?/p>

02

他說,

懷著航天人的使命前行


“在制造領(lǐng)域,有很多新的高性能的產(chǎn)品我們設(shè)計得出來,但制造不出來,所以需要有更多人投入到這個領(lǐng)域中來?!?/p>

趙凱之所以從事當(dāng)前的研究領(lǐng)域,主要是因為在大連理工讀研究生時,就在圍繞航天領(lǐng)域先進制造技術(shù)開展了課題研究,從而體味到了作為一名航天制造領(lǐng)域研究者的使命感。


“在看到我們國家航天技術(shù)飛速發(fā)展的同時,我也看到,其他國家并沒有放慢在這個領(lǐng)域的攻關(guān)力度?!壁w凱說,“同時我上學(xué)所在的科研團隊也非常支持學(xué)生投身于國家重大工程領(lǐng)域,多位師兄師姐也都在航空航天領(lǐng)域工作,所以我就業(yè)時覺得能投身航天制造領(lǐng)域是非常有必要、也非常令我自豪的?!?/p>

實施載人航天工程以來,廣大航天人牢記自己的使命,不負重托,秉持著特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻的載人航天精神,日夜投身于科研事業(yè)之中。


趙凱所在的單位,從2012年起就開始探索增材制造領(lǐng)域。從最開始只能打印尼龍等塑料件,到現(xiàn)在可以研制高性能金屬構(gòu)件,實現(xiàn)了技術(shù)的飛躍。

他的3D打印技術(shù)與夢天艙一同逐夢寰宇 (2).jpg

“正是這股精神讓我們國家這個航天事業(yè)能夠取得現(xiàn)在的成績,也正是這股精神指引我們從多年前被國際空間站拒之門外的境況,一步步改變到現(xiàn)在,在太空建造了自己的空間實驗室。”趙凱說。


03

未來,

與AI技術(shù)為友


“我所在的研究領(lǐng)域,最新的趨勢之一,是把機器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)引入到增材制造方向?!?/p>

“因為增材制造過程是涉及材料、結(jié)構(gòu)、多種物理場和化學(xué)場的工藝過程,其制造裝備是涵蓋多因素、多層次和跨尺度耦合的極端復(fù)雜系統(tǒng)?!壁w凱解釋說。完全按照設(shè)計要求實現(xiàn)產(chǎn)品一致、可靠和高性能生產(chǎn),仍然是增材制造面臨的巨大瓶頸和挑戰(zhàn)。如能結(jié)合機器學(xué)習(xí)或人工智能技術(shù)等手段,解耦增材制造極端復(fù)雜系統(tǒng),發(fā)展形/性主動可控的智能化增材制造技術(shù),將為增材制造技術(shù)的材料、工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量和服役效能的跨越式發(fā)展提升奠定充分的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。


未來,趙凱團隊在科研上的主要設(shè)想是契合上?!?+6”產(chǎn)業(yè)體系,特別是人工智能這一先導(dǎo)產(chǎn)業(yè),推動人工智能與航天制造深度融合,促進航天制造技術(shù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體是以增材制造智能化為抓手,克服現(xiàn)有的制造過程中人為參與干涉頻次多和人工經(jīng)驗依賴程度高等問題,研發(fā)具有自采集、自建模、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策的形/性主動可控的智能化增材制造裝備,提升增材制造技術(shù)應(yīng)用的可靠性,促進增材制造技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。


面臨國家發(fā)展要求和外部復(fù)雜挑戰(zhàn),中國航天事業(yè)發(fā)展對人才梯隊建設(shè)提出了更高要求?!捌诖覀儓F隊能夠創(chuàng)造出顛覆性新結(jié)構(gòu)和新功能器件,為航天強國建設(shè)做出更多貢獻?!壁w凱說,“也希望能有更多的有志青年加入到航天等國家重大工程領(lǐng)域來,我相信我們也會給大家一個發(fā)揮自己才能的舞臺?!?/p>
來源:上??萍迹瓨祟}:《他的3D打印技術(shù)與夢天艙一同逐夢寰宇@啟明星趙凱》

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