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中國大陸的國產發動機、國產戰鬥機、國產客機、國產運輸機
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堅持前沿科研立足自主創新——訪中國工程院院士王華明
《高科技與產業化》雜誌
發佈時間：2016-09-13 15:48:52
文/ 黃曉艷馬珉
大型複雜整體構件激光成形技術是一種帶有變革性的，短流程、低成本的數字化製造技術，被國內外公認為是對飛機、發動機、燃氣輪機等重大工業裝備研製與生產具有重要影響的核心關鍵製造技術之一。王華明院士帶領著科研團隊，以實現應用為目標，採用“產學研”相結合的方式，經過持續二十多年的艱辛努力，突破了飛機鈦合金大型複雜整體主承力構件激光成形工藝、內部質量控制、成套裝備研製、技術標準建立及應用關鍵技術，使我國成為迄今國際上唯一實現激光成形鈦合金大型整體主承力關鍵構件在飛機上實際工程化應用的國家。
本刊記者： 2012年，您憑藉“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”，摘得當年的國家技術發明獎一等獎。能否給讀者科普一下這項技術？
王華明： 3000年的等材製造，300年的減材製造，30年的增材製造，這是人類發展史上製造工藝的基本呈現方式。由於大型金屬結構件製造技術的壁壘，我國無法自己生產許多大型機械的核心構件，且被美國等國家長期技術封鎖。
我們團隊一直致力於大型金屬結構件的製造技術。前期攻關研究的“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”簡單來說，就是通過激光3D打印技術來製造大型、複雜的鈦合金構件，用在飛機上。
像飛機上大型的、關鍵的、性能要求高的零部件，如果按傳統的製造工藝來做，一般就是從熔模鑄造、鍛造、機械加工而成，需要模具，屬於傳統重工業製造。除了加工週期較長、材料利用率較低、成本較高，還受刀具或模具的限制，無法成形一些內外形狀很複雜的工件。而我們利用增材製造原理技術，可以把以前兩三年才能研製出的複雜的大型零件，縮短到兩三個月就能快速試製完成，且只需三五個人在實驗室裡操作，還不會造成較多材料浪費。現在，我們利用激光成形技術就做了飛機的大型構件，產品已實實在在地裝上了飛機。
我和科研團隊花了20多年的時間終於在解決制約高性能大型金屬構件激光成形技術的難題方面取得四大突破。
首先，在飛機鈦合金大型整體主承力結構件激光快速成形工藝研究方面，團隊提出了原創性的“熱應力離散控制”方法，有效解決了成形過程零件嚴重翹曲變形與開裂難題；發明了激光快速成形雙相鈦合金“特種熱處理”新工藝,獲得了綜合力學性能優異的顯微組織新形態，使激光快速成形鈦合金的綜合力學性能得到顯著提高，為提高飛機等鈦合金主承力構件的使用安全性和損傷容限性能找到了一個新的解決方法。
第二就是突破了激光快速成形TA15鈦合金大型結構件內部缺陷（質量）控制及其無損檢驗關鍵技術，保證了飛機構件綜合力學性能達到或超過鈦合金模鍛件水平，解決了打印構件品質性能的問題，比如內部缺陷、組織結構緻密問題如何控制，能否檢測出來，形成可靠的檢測方法等，最終得到性能穩定、可靠的好東西來。
第三方面，大型金屬構件激光快速成形裝備非常大，非常複雜，沒有現成的產品。我們自主研發了系列化的、大型的、經過一代一代發展的成套裝備，逐步現代化、產業化、工程化裝機應用，包括裝備的原理、硬件、控制系統、3D打印軟件，都是我們自主國產。現在我們最大裝備的零件成形能力可達到7米長、3米寬、2米高。
第四方面，新技術尤其是誰都沒有用過的新東西，要放到國防裝備和重大航空產業去應用，如果沒有一套可靠的標準是不可能的。為此，我們建立了一整套的標準體系，從打印的原材料、粉未、工藝、裝備、機械加工到無損檢測，以及最終構件產品規範，這就是我們20多年來所做的主要工作。
通過產學研合作，我們提出了鈦合金等高活性、難加工金屬大型結構件激光熔化沉積增材製造成套裝備新原理，研發出具有原創性核心技術的5代系列化激光增材製造工程成套裝備。利用3D打印技術，我們有效解決了大型金屬結構件熔化沉積增材製造過程中內應力、內部缺陷控制等製約性瓶頸問題，發展了自己的大裝備，建立了整體標準體系，並走向了工程化應用，使我國躋身於國際上少數幾個全面掌握飛機鈦合金大型整體主承力結構件激光快速成形技術並在飛機上裝機應用的國家，使我國的軍事及相關民用製造技術有了極大進步，在我國航空產業的發展發揮了重要作用。因此，這項技術榮獲2012年度國家發明技術一等獎。
獲獎帶給我最深的體會和感悟：這是產學研結合的結果。正是因為我們與中航工業一飛院、601所、西飛公司、沈飛公司及航天一院等大團隊一起合作，才做出了這樣的結果。
本刊記者：技術的突破是實現成功應用的基礎。據了解，這項技術在航空航天裝備應用中也取得了重要突破，請談談具體應用領域及其發揮的作用。
王華明：傳統製造很難做出大型複雜、關鍵的、性能要求高的整體構件。我們研製的金屬構件激光熔化沉積增材製造技術是以合金粉末為原料，通過激光熔化逐層堆積（生長），從零件數模一步完成高性能、大型複雜構件的“近淨成形”，能很好地解決這些問題。通常只需要一套激光成形設備來完成製造過程，大小零件可以通用，任意複雜形狀的零件可以相對游刃有餘地製造。
由於高性能金屬構件激光增材製造技術對鈦合金等高性能大型結構件的短週期、低成本成形製造和實現結構輕、性能好，具有突出優勢，在航空航天等裝備研製和生產中具有廣闊的應用前景，受到政府和業界的高度關注。特別是，我們團隊自2005年以來成功將該項技術走向工程應用，已在殲-15、運-20、殲-11B、殲-31、C919等7種飛機，東風XX等3種導彈，遙感24等2種衛星，FWS13等3種航空發動機和1型燃氣輪機等重點型號研製生產中工程應用並發揮了關鍵作用。
在殲-15戰機上，某起落架大型整體鈦合金支撐框尺寸大、結構複雜，傳統方法難以整體成形製造，而利用激光增材製造的鈦合金構件已經裝機數十架份、累計飛行起降10000餘架次，工作正常。
在運-20研製中，激光增材製造技術在7天內完成機身/主起落架6種大型主承力接頭構件的快速製造，確保了飛機如期首飛；成果確定為飛機“降成本計劃”的主要途徑，主起落架、翼/身對接、尾翼懸掛操縱耦合、襟翼等結構部位8大類、28種大型複雜整體鈦合金關鍵承力構件通過工程驗證考核並陸續按計劃裝機應用。
國產大飛機C919研製過程中同樣運用了我們3D打印鈦合金結構件，主要用在飛機主風擋窗框、機翼和機體銜接部位（中央翼1#肋）。其中機頭鈦合金主風擋整體窗框，尺寸大、形狀複雜，只有歐洲一家公司做出過類似構件，當時向我國要價每件模具費就50萬美元，而交貨週期還要等兩年。2009年我們團隊運用3D打印技術，僅僅用55天時間就做出來了，零件成本還不足歐洲鍛造模具費的十分之一。
本刊記者：隨著航空工業的發展和新型號飛機的研製，要求材料比強度越來越高，性能越來越好。航空材料的需求發生了哪些變化？與國際水平相比，存在著哪些差距？
王華明：新材料是航空技術的重要基礎，是傳統產業升級換代和高新技術產業發展的先導，成為航空工業發展中最具活力和發展潛力的領域。隨著航空工業的發展和新型號飛機的研製，要求航空材料密度低、重量輕、比強度越來越高，性能和使用可靠性越來越好。航空材料本身的價格比以前大為降低，要求製造成本越來越低、結構和功能一體化。從尺寸大小來說，要促進鈦合金鍛件和鋼鍛件的大型化、整體化。
我國航空材料的發展水平正在由大國向強國過渡。航空材料種類很多，與國際水平相比，我個人認為中國存在著科研和生產兩個層次的差距。
從生產層面來說，我們生產的材料成本比國外高，性能質量穩定性沒有國外好。從科研層面來說，國外幹的國內也都在幹，世界上已在使用的合金我國基本上都有能力研發出來，還擁有一些具有自主知識產權的工藝技術，國內申報成果獲獎水平也都很高，就是最終的產品質量不如人家。據我了解，從航空領域來說，國內鋁合金的材料成本比國外高出50%，鈦合金至少也要高出國外40%。還有航空發動機中的軸承、高鐵軸承等核心材料全部依賴進口，這就是差距。我國需要提升自主創新能力，增強原始創新能力，多研發一些具有自主知識產權的航空新材料。
經過近幾十年來的努力和建設，我國航空產業取得了突飛猛進的發展，中國航空產業在一些技術研究研發上已經從追趕、到並跑、到領先，要真正實現從技術的突破到整個產業的穩定還需要一個很長的過程，不可能一蹴而就。鈦合金等航空材料的主要問題是並沒有形成穩定的產業，尤其在批量生產的穩定性上，批量生產有時會出現質量問題。大批量生產出穩定的產品，與生產管理以及人為因素相關，幾代人的企業、百年老店與剛開始起步幹的企業對質量的把控會不一樣。
本刊記者：我國在航空航天領域取得了一系列重大突破，離不開增材製造技術的飛速發展。我國增材製造技術發展對航空領域的應用創新起到了推動和促進作用，它將會受到哪些方面的製約？
王華明：這得從兩個方面來說，毫無疑問，我國大型金屬零件3D打印技術在重大裝備領域的成功工程應用走在國際先列，包括鈦合金、超高強度鋼等這些性能要求高、大型難加工、複雜整體構件的製造方面。3D打印技術跟傳統技術相比，在實現高性能、大型、低成本、短週期等方面有非常突出的優點。我個人認為現在還僅僅只是個開始，優勢和潛力並沒有充分發揮出來，未來的發揮空間和應用潛力會很大。
談到製約潛力發展的因素，首先是3D打印技術自身。我們還要做更多的研究，讓工藝更穩定，質量更穩定，標準更完善，裝備更先進、更可控，構件性能更好，而且除了現有的鈦合金、合金鋼，還要對其它的材料和標準做更多的研究。
其次，需要人們對技術有更多的認識和了解。現在關注的媒體很多，真正對產業了解的人還很少，尤其是對核心材料——打印過程中製造出來的產品材料經歷了冶金、凝固、固態相變等，屬於材料科學，因此，該技術需要材料的基礎和製造學科的融合，是“形狀”和“性能”的兩手都要硬。
發展初期因為不了解，大家自然會懷疑和質疑，最終還是靠事實說話。我們打印的構件有的已經在飛機上應用了十多年，有些非常大、非常關鍵的構件也在批量生產和工程應用，大家慢慢會了解和理解的。這裡要強調指出，我所說的3D打印優勢都是指大型複雜、關鍵的構件，相對小的東西就不一定了，3D打印在小型、結構簡單的領域上沒有多大應用優勢。
最後，不是所有的材料都適合打印。便宜材料、脆性材料等就不適合3D打印，這也是局限性之一。打鐵還得自身硬，我們的團隊老老實實做技術、做研究，現在原材料、設備、標準都是我們自己的。我們核心做的還是材料，像傳統煉鋼、煉鐵、鍛造，往往需要在高真空環境，對原材料的要求越來越高，最後才能保證出來的產品性能好。增材製造技術突破了傳統冶金的偏析、疏鬆等製約，通過局部熔池的超常冶金/快速凝固能直接打印出能上天的航空構件。
在航空領域，大家都知道增材製造技術能解決很多的問題。我們將藉助這個機遇，加大研發力度，提升優化技術水平，增強自主創新能力。隨著以後重大裝備的量越來越大，除了用於航空航天“高大上”的領域外，我們希望還有一些其它的工業實際應用。
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文章編號：65352665
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La_dante wrote:
是您不懂還是我不懂...(恕刪)
當然是你不懂
你不是自己招認你不懂了嗎??
我分別舉出高溫段與一般的零件的加工方法來說明
兩種不同零件的製造方法
我都列出來了
連用在引擎的那些部位可以用3D列印我都秀出來了
這些網路上都沒有
別人只是拿網路消息
沒圖沒資訊
我可是自己拍的照片...
這些不是什麼機密
廠商也在推廣
所以我才會PO出來
以我對漢翔的了解
漢翔的一些零件代工
還是依圖面施工
所以還是要客戶指定工法
才能製造
航太產業非常嚴謹
100%全檢外
從物料到成品所有的檢測報告都要附上
要送貨前還要原廠的駐廠工程師驗貨後才能放行
漢翔賺的也是辛苦錢
代工這塊是全球競標
老美老英老法會委外也是成本考量
關鍵的設計與製造還是自己來
這你不懂只能鬼打牆呀~
不然你還能說什麼?
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文章編號：65353190
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jfkcity wrote:
275kn相當於28300公斤，你說J2017噸空重加
11頓油料，全部加起來28000公斤，推重比超過1，
這還是起飛推重比，空戰推重比只會更高，IDF空戰
推重比才0.97，被人家甩了好幾條街！...(恕刪)
官方數據IDF的推重比是1.01
與你算的J-20推重比差不多
只是台灣的IDF是20年前量產的戰機
而J-20是中共正在量產的戰機
如果是用J-20試飛時計算，離IDF生產至少也還有15年
IDF被甩好幾條街，我看不是吧
是J-20差IDF 至少15~20年才對吧
= = = = =
再補充一下
275KN的推力是用俄製的AL-31算出來的
如果換裝的是中共自已的WS-10B
推力 又要下修到270KN
那個推重比 就變成0.99左右
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文章編號：65357099
