中航年@@轻团队@@:3D打印飞机零件@@
从@@几厘米到几十厘米高的弯曲金属板上@@,布满了一个个带有斜角度的小格子@@,这种被称为@@“格栅@@”的金属件是飞机上的零件@@。成品看似简单@@,制造却不一般@@——3D打印出来@@。因为它们的弯度和小格子的角度是传统机械加工不能完成的@@。
设计并加工出这种特殊零件的是中航工业北京航空制造工程研究@@所高能束流加工技术重点实验室的一群年@@轻人@@,平均年@@龄@@30出头@@,各个专业部门的负责人也都只有三十五六岁@@。他们完成的一个高@@420毫米@@的@@零件@@,是世界上至今能够打印的最大钛合金飞机零件@@。
这项被通俗地称为@@3D打印技术的@@“增材制造技术@@”,是把金属合金粉一层层铺好@@,用激光按照设计的路线进行高温熔化@@,使零件一层层被打印出来@@@@,一个零件要打印上万层@@。从@@10多年@@前@@开始涉足这项国际前沿技术@@,到今天@@站到了同领域的国际最高点@@,项目负责人锁红波说@@,这要归功于实验室的领头人@@——中航工业特种加工技术首席专家巩水利@@。
今年@@@@6月@@,巩水利获得了@@2013年@@布鲁克奖@@,这个被誉为国际焊接界诺贝尔奖的奖项@@,继@@9年@@前@@授予中国工程院关桥院士后@@,第二次颁给了中国人@@。打印钛合金飞机零件的@@“增材制造技术@@”,就脱胎于巩水利所攻克的激光焊接@@。
“10年@@前@@,巩主任让我开始研究@@这项技术时@@,我还不太理解@@,因为当时@@国外也只是研究@@阶段@@,文献很少@@。”这个项目开始时只有锁红波一个人摸索@@,软件@@、设备@@@@、材料等一切都是零@@,难度可想而知@@。锁红波不止一次想放弃@@,但都被巩水利@@“逼@@”着干下去@@,“巩主任三天@@两头到实验室来找我要数据@@”。
试验慢慢做起来@@,有些试验只要一开机@@,就要连续上百个小时做下去@@,这种时候锁红波就会泡在实验室@@。试验失败是常态@@,有时一个环节出问题@@,整个加工件就会报废@@。巩水利说@@:“如果都成功了@@,还要研究@@所干什么@@。”
2009年@@9月@@13日@@,锁红波清楚地记得这一天@@@@,经过@@3天@@3夜的连续工作试验@@,第一个零件被打印出来@@了@@。
不过@@,为了技术问题@@,锁红波和巩水利不知吵了多少回@@。最大的一次分歧发生在@@2010年@@,当时@@国际上生产最大的@@“格栅@@”底座直径是@@250毫米@@,锁红波和自己的团队成员决定做@@280毫米@@的@@,而巩水利要求他们做@@500毫米@@的@@,锁红波坚决不同意@@,巩水利急了@@:“没试怎么知道不成@@,要干就要做最先进的@@!”
经过@@几轮的争执@@,最后双方都让步@@,顺利做成了@@350毫米@@的@@,遥遥领先国际同行@@。“没有巩主任的坚持@@,我们不可能做下去@@。”锁红波很佩服巩水利的技术眼光@@,“他经常看文献@@,对技术前沿非常敏感@@,看准了一个方面@@,就想方设法去实现@@”。
2003年@@,巩水利了解到@@,美国波音公司的@@A318客机的机身实现了用激光焊接@@,代替过去的铆接@@,这一项技术减轻了机身重量近@@20%,降低制造成本@@20%左右@@。
“激光焊技术将会促进传统航空制造业的改造升级@@。”当时@@,40岁不到的巩水利已经在焊接行业小有建树@@,他敏锐地意识到这一信息的重要意义@@。之后@@,他迅速申请多项预研课题@@,并创造性地提出了双光束激光焊接的设想@@。
在项目基础研究@@阶段@@,试验屡遭失败@@,研究@@团队成员纷纷对技术的可行性提出质疑@@。巩水利承受着压力@@,但没有想过放弃@@:“这是航空焊接的大革新@@,只要踏踏实实做好每次试验@@,认真研究@@总结分析@@,就一定能成功@@。”
有一两年@@时间@@,巩水利几乎没有休息过@@,晚上睡在在试验现场是常事@@,有时其他同事早上@@8点多来上班@@,他刚下班@@,回去休息一下@@,中午又出现在@@实验室@@。他带领同事记录好每一次的试验数据@@,围绕试验中出现的特殊现象观察@@、研究@@,并定期召开团队会议@@,通过平等交流@@、广泛讨论@@,产生新的思路@@。同时@@,他还要去说服领导@@,争取资金支持@@,因为试验件的成本很高@@。
经过@@上千次的试验@@,预研有了重大突破@@,双光束激光焊接的优越性体现出来@@:不变形@@,表面光滑@@,焊缝内部没有缺陷@@。之后@@,这项技术被用于某型号@@飞机@@,实现了机身减重@@、连接强度提高@@、表面光滑@@飞行阻力减少的目标@@。
之后@@,巩水利又带领年@@轻同事攻克了多项关键技术@@,研制出了双光束激光复合焊接装置@@,建立了国内首个大功率双光束激光焊接平台@@,并首次成功应用于航空带筋壁板关键结构件的焊接制造中@@。
从@@几年@@前@@单一的激光焊接@@,巩水利的团队已经开发掌握利用电子束@@、激光束@@、等离子束作为焊接热源进行熔化焊接的一系列技术@@。曾不愿与巩水利做深入交流的国际同行@@,如今主动邀请他深入合作@@。
现在@@,巩水利又在关注下一个技术前沿@@:利用超快激光技术完成对飞行器部件的一体化制造@@,不仅结构复杂的部件能够一次加工成型@@,他们还用激光对这些部件的表面进行处理@@。
“这其实是一项仿生技术@@,经过@@纳米级激光处理@@,可以让飞行器形成像荷叶一样的表面@@,不沾水@@,在空气中阻力最小@@。”37岁的马国佳博士是这项技术的研发负责人@@,他仍记得自己几年@@前@@刚到所里的情形@@,巩水利第一次见面就问他发了多少论文@@,这让马国佳很受触动@@:“他关注基础研究@@@@,我想这是我们这个团队成功的重要因素之一@@。”