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C919上的3D打印技术应用,50年追逐之路终获成果

2022-03-01

上海两会期间,上海市政协委员、中国商飞公司总会计师吴永良表示,C919目前处于适航取证阶段,预计将在2022年完成交付。

C919是中国首款完全按照国际先进适航标准所研制的单通道大型客机,拥有完全自主知识产权。其机头、机身、机翼到翼吊发动机等设计均由中国自己的团队完成。在大型客机整体机型设计的关键技术上,C919实现了100多项攻关突破,其背后,是无数中国科学家数十年的心血。

自国务院成立大型飞机重大专项领导小组起,C919等国产大飞机研制已走过15年,距离上世纪的大飞机项目“运10”,更是过去了50年。

近日,两位参与过国产大飞机研发的院士罕见地参加了同一档科普节目。在抖音与中国科协“科创中国”联合出品的《院士开讲》中,中国科学院院士曹春晓和中国工程院院士王华明科普了应用在C919制造中的钛合金应用和金属3D打印技术,让我们看到了国产大飞机背后技术攻坚的艰辛过程。

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给国产大飞机换上钛合金

2006年,国务院批准成立大型飞机方案论证委员会,曹春晓是唯一从事航空材料研究的委员。国产大飞机项目启动后,曹春晓担任专家咨询委员会委员,奔波于全国各地。大飞机项目涵盖民用和军用机型,民用客机代号就是C919。

飞机的自重越少越好,飞机自身的重量占它整个起飞重量的百分数,称为“飞机的结构重量系数”。过去七十年,没有一架飞机的结构重量系数低于27%,就是受制于大型构件的性能和大型构件的制造能力。钛合金材料成为其中的关键。通过钛合金材料和锻造技术的提升,可以减轻飞机的结构重量,提升其竞争力。

如今,对经济性要求更高的C919,钛合金用量达到8%,与美国波音777的7.5%用量相当。大飞机的制造离不开对技术要求极高的大锻件。在《院士开讲》栏目中,曹春晓展示了一个用于C919的钛合金锻件接头,这个名为TC4的接头,重量为600公斤。为了制造类似的锻件,中国建设了世界上压力最大的8万吨液压机。

2015年11月,拥有我国自主知识产权的C919在上海总装下线,正式向全球公开亮相。曹春晓在现场激动不已,四十多年的梦想终于成真。

2017年5月5日,C919大型客机在上海成功首飞。2021年3月,C919拿下首单订单。截至2022年初,C919已经拿下815架订单。

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弯道超车的3D打印技术

作为改革开放后走上科研岗位的中坚力量,王华明院士致力于用3D打印技术解决材料锻造难题,对于国产大飞机的研制也发挥了关键作用。他今年50岁,已经在金属3D打印领域钻研22年。

“3D打印”在业界有更学术的名称:增材制造。这项在1980年左右诞生的制造技术,得益于计算机的发明,使制造过程变得数字化。而其原理,就是把零件切分成无穷多的平面,把三维的复杂零件当成二维的平面问题来做。

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所谓的“增材”,就是一层一层地往上增加原料来做成新的材料,就像高等数学里的定积分。增材制造,就是把粉和丝这样的原料,通过熔化的过程,完成合金化,完成凝固,完成材料的制备,与此同时,塑膜直接变成零件,材料制备的过程本身就是制造复杂零件的过程,中间不再需要有传统的冶金工业,传统的锻造工业过程。

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