南極熊導(dǎo)讀：這次長征五號(hào)B火箭成功發(fā)射的我國新一代載人飛船試驗(yàn)船，其返回艙防熱大底框架原來是3D打印出來的——激光沉積金屬3D打印技術(shù)！

2020年5月8日13時(shí)49分，由中國航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院抓總研制的我國新一代載人飛船試驗(yàn)船的返回艙，在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域成功著陸！

新一代載人飛船是面向我國載人月球探測(cè)、空間站運(yùn)營等任務(wù)需求而論證的具有國際先進(jìn)水平的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器。此次試驗(yàn)船飛行任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著中國新一代載人飛船已具備雛形，也標(biāo)志著艙體結(jié)構(gòu)、材料、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域一大批新技術(shù)取得了重要突破。

其中重要的技術(shù)突破之一，是由航天五院總體部設(shè)計(jì)的返回艙防熱大底框架結(jié)構(gòu)，全部采用金屬3D打印工藝制造，成功實(shí)現(xiàn)了減輕重量、縮短周期、降低成本等目標(biāo)。也標(biāo)志著，大型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件整體3D打印技術(shù)通過大考。

△金屬3D打印的返回艙防熱大底框架結(jié)構(gòu)

防熱大底框架的設(shè)計(jì)師馬彬表示，該結(jié)構(gòu)用于飛船返回過程中保護(hù)返回艙底部，在進(jìn)入大氣層后起到隔熱和承力的作用。其直徑較大，使用傳統(tǒng)鍛造工藝造價(jià)極高。同時(shí)由于設(shè)計(jì)方案需要不斷調(diào)整和迭代，使得原本就異常緊張的研制周期變得捉襟見肘。

馬彬?yàn)槭椎脑O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)果斷決定嘗試采用激光沉積3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“好、快、廉”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，一方面加速了設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和迭代，另一方面同步開展了對(duì)激光沉積3D打印工藝的力學(xué)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，激光沉積3D打印技術(shù)可以勝任防熱大底框架的制造，并可以在提高經(jīng)濟(jì)性和周期性前提下，高效配合設(shè)計(jì)迭代。

據(jù)南極熊了解，鑫精合激光科技發(fā)展有限公司是承擔(dān)該防熱大底框架增材制造工作的一家民營企業(yè)，集團(tuán)董事長李澄介紹，高性能大型關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)件制造可以說是金屬3D打印技術(shù)的“鬼門關(guān)”，一方面由于零件尺寸過大，內(nèi)部熱應(yīng)力也呈指數(shù)級(jí)上升，變形甚至開裂就成了金屬增材制造技術(shù)的夢(mèng)魘；另一方面凝固過程、冷卻過程控制不住就會(huì)產(chǎn)生冶金缺陷，對(duì)于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件來講，冶金缺陷是絕不能容許的問題。

△鑫精合董事長李澄

經(jīng)過多年的摸索和積累，鑫精合在激光沉積制造金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)取得了完整突破，本次成功打印返回艙防熱大底結(jié)構(gòu)，與其從設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)到材料工藝參數(shù)研發(fā)的全面自主可控密切相關(guān)。打印過程中，鑫精合充分挖掘了自主研制的LiM-S2510設(shè)備的工藝潛力，配合強(qiáng)大的工藝設(shè)計(jì)和后處理能力，最終實(shí)現(xiàn)了大型結(jié)構(gòu)的無缺陷制造。其自主研制的工藝控制軟件也在本項(xiàng)目的工藝實(shí)現(xiàn)過程中起到了關(guān)鍵作用。

△天津鐳明激光科技有限公司研制的LiM-S2510 金屬3D打印機(jī)

目前，激光沉積金屬3D打印制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。增材制造技術(shù)不斷發(fā)展，我國金屬制造業(yè)將會(huì)發(fā)生本質(zhì)性的變革：
①材料冶金技術(shù)將發(fā)生變革，體現(xiàn)在材料的制備及性能將擺脫傳統(tǒng)冶金過程的原理性約束，實(shí)現(xiàn)非平衡、梯度、難熔等高性能新材料的智能制備，達(dá)到制造過程即是冶金過程的新境界。
②重大裝備結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生變革，結(jié)構(gòu)件的輕量化、整體化等都將會(huì)達(dá)到新的水平。
③大型產(chǎn)品制造模式將發(fā)生變革，因零件尺寸原因帶來的生產(chǎn)準(zhǔn)備投入高、周期長等限制已獲得突破，大型新產(chǎn)品的研制將可以實(shí)現(xiàn)快速、低成本、數(shù)字化/智能化制造。

“可上九天攬?jiān)拢上挛逖笞谨M，談笑凱歌還。世上無難事，只要肯登攀”。新一代載人飛船返回艙的平穩(wěn)著陸，意味著不計(jì)其數(shù)的新技術(shù)、新工藝正在中國人民的雙手中蓬勃發(fā)展，意味著“中國制造”將進(jìn)入“中國創(chuàng)造”的全新時(shí)代，更意味著任何困難也不能阻止中華民族實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)的偉大征程！