变制造为“智造”“打印”未来为航天赋能
机械手臂抓取自如,物流小车来回穿梭,多激光束弧影闪烁……4月17日,记者来到了航天增材科技(北京)有限公司(以下简称“航天增材公司”)生产车间,只见排列整齐的打印、送粉、热处理设备有序运转,一旁可视化平台上实时更新各设备工作数据,但员工的身影却寥寥无几。
增材制造以其低成本、高可靠性、高性能、智能化的生产模式,重塑了制造业的整体面貌,也契合新质生产力的发展方向。多年来,航天增材公司积极推动制造业进行数字化转型升级,凭借自主创新走在行业前列。车间内高速流转的增材制造产线不仅是新质生产力蓬勃发展的生动体现,更流向未来时代,成为产业变革的重要引擎。
“生产200毫米左右的零部件按传统制造方法需要二到三个月,现在一周就可生产完成。”站在航天增材公司智能产线前,公司董事长李志勇告诉记者增材制造的高效“密码”。
增材制造俗称3D打印,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或树脂等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,可大幅缩短结构复杂产品的生产周期。“大型复杂结构件在传统制造过程中往往需要铸造、车铣、焊接……等多工种配合从而花费大量成本、时间,而增材制造通过添加材料逐层累加建立物体,可生成复杂的、单独的、具有内部结构的零件,制造周期也大大缩短。”
“在以前,想要拧好固定基板的8颗钉子,至少需要两个人工作,不仅费时费力,也常常因为人工力度的不一致,影响最终的打印效果,如今通过自动化基板拧钉系统,只需要大概20分钟就可以完成这项工作。”李志勇说。
基于高性能的要求,航空航天领域需要大量使用昂贵的金属材料,增材制造逐层添加的特点使材料可回收率增加。同时,由于快速自由成型,能给前端产品设计带来创新空间,增材制造也可满足航天轻量化的发展趋势。面对制造结构件快上加快、降本增效刻不容缓的需求,中国航天科工三院159厂2005年设立全资子公司——航天增材公司,历经十余年研究发展,目前已掌握设备自主研发、打印服务全流程技术,可满足各项航天产品研制的需要。
2023年,航天增材公司更进一步开辟了5G新赛道:突破了多光束大尺寸增材制造装备研发,完成了国内首条基于5G+工业互联网的增材制造智能产线建设。
“这是国内首条5G与工业互联网深度融合的智能产线G专网将设备生产数据与内部管理系统连通,相关人员可以随时了解设备运行状态,助力提升产品质量、降低资源成本、缩短制造周期。”李志勇介绍,整个车间在夜间只需要两个人值班,只因这条智能产线%采集,保证了生产过程全程可控。据了解,这条产线中国智能制造十大科技进展”,已在近10余种航天装备4000余件产品实现应用。
增材车间里,激光一遍遍扫过既定轨迹,粉末一层层按照10μm级别精准运作,近五十台3D打印机正开足马力生产,发出的轰鸣声阵阵响起,也是“数字航天”时代即将来临的响亮钟声。
道在日新,艺亦须日新。科技创新是发展新质生产力的核心要素,为了寻求发展空间,航天增材公司下定决心走自主研发、自主创新的道路。
“打印服务注重优化结构设计,大尺寸的零部件参数需要不断地调试,打印后不能变形或开裂。”李志勇介绍,这需要对材料有通透的认识,同时对工艺参数、工艺设计、控制技术有一定经验。招收的技术人员在自身所学专业知识的基础上也在不断吸收接纳新的专业技能,查阅相关文献,与高校、企业开展技术交流等,解决具体打印过程中遇到的各种问题。”李志勇说。
除了打印服务,航天增材公司还有装备制造等相关业务,包括总体设计、光路设计、分厂设计、装总调、光路风机厂等。如何识别设备电气、光学系统,如何利用仿真模拟装备动力学形态,认识工程图纸每一处符号,分析装备总体方案,调试各模块协同工作,进行整机联调、功能性试验……在航天增材公司装备研发部,每个装备制造小白不断学习,逐渐成长为可独立解决技术难题的工程师。
2019年,航天增材公司自主生产的装备获得欧洲CE认证,拿到了通往欧盟的通行证。通过艰苦的技术攻关,300余张机加图纸从抽象变成具体,7000余项元器件从清单变成实物。
此外,航天增材公司自主研发的ASA-260M工业级金属打印机,已实现装备的工程应用、小批量生产和对外销售。采用它为星际荣耀双曲线一号运载火箭打印的半圆形异曲面薄壁壳体级间分离摄像机整流罩,成功实现装机应用,保障了级间分离监测过程的顺利进行和火箭的成功入轨。
“人才是新质生产力的关键。”李志勇告诉记者,去年,公司招聘了7位应届材料学博士生,为研发团队注入新的活力,同时公司还有四位正在攻读博士学位的员工,正不断提升专业素养。
增材制造改变了传统制造的理念和模式,是未来产业创新集群发展新的增长点。“未来五年增材制造的产业规模有望突破千亿。”在2023年增材制造产业年会上,工业和信息化部装备工业发展中心总工程师左世全说。
这一趋势正得到北京市大力支持。3月4日,北京市经济和信息化局印发《北京市制造业数字化转型实施方案(2024-2026年)》,旨在通过技术创新和数字化转型,提升制造业的核心竞争力,为全市的经济发展注入新的动力。
作为中国航天的发祥地,丰台区也全力支持相关产业发展。据了解,作为丰台区规上企业,航天增材公司连续两年获得国家高新技术企业认定及“北京市市级企业技术中心”认定,享受相关补贴政策及税收优惠,助力丰台形成千亿级规模航天航空产业集群。
“云岗是因航天事业而形成的街道。”街道相关负责人告诉记者。同时,街道也提供了相应的支持服务,“街道合作发展办公室针对航天增材公司3D打印技术应用于民品市场做过相应调研,”街道相关负责人介绍,“我们主动前往三里屯等有3D打印产品需求的企业了解3D打印产品的供应链及销售情况,介绍航天增材公司,表达合作意愿,调研后与航天增材公司进行交流,为3D打印产品应用于市场奠定基础”。
“未来,我们立足产业发展,将为航天和航空领域提供更多的帮助。”李志勇透露,后续也将为航空和航发工作领域提供更多的产品,以满足其多样化需求。同时,将加速航天增材公司技术成果转化,推动航天航空产业的转型升级,发挥航天科技对国民经济的辐射带动作用,助力产业链高质量发展。
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