航空工業慶安3D列印技術：用新技術助力研發能力提升

2019-09-19    原文出處：3D科學谷
​近年來隨著航空工業轉型升級步伐的不斷加快，一大批新工藝、新技術、新方法逐步運用到科研生產中，為航空業務的持續發展提供了動力。航空工業慶安在由零部件供應商向系統級供應商轉型的過程中，不斷吸收引進新技術新方法，研發製造能力逐漸向著數字化、精準化方向邁進，有力支撐了企業的轉型升級。鑄造設計工作是慶安公司產品生產製造的源頭，在新品不斷增加、鑄造工藝要求持續提升的形勢下，樹脂原型模在精密鑄造技術應用基礎上大膽探索3D列印技術在砂型鑄造方面的應用，並取得了很大突破，為公司新品研製水平進一步提升奠定了基礎。

慶安公司3D列印砂型鑄造技術團隊
「十二五」以來，隨著航空工業的快速發展，公司新產品數量不斷增加，各種鑄件的品種也越來越多。新一代型號產品的研製周期大幅縮短，公司要想在行業具備競爭力，必須在很短的時間內研製出合格的產品。毛坯的鑄造是公司產品製造的源頭，能否按時保質保量確保產品交付，在一定程度上決定了產品的交付周期。
傳統的鑄件研製從工藝方案確定、設計工裝、製造工裝、試模、鑑定模具、冶金試製、生產試加工，整個流程往往在6個月以上，而新產品的研製要求給出鑄件毛坯的製造周期在2個月以內，對於目前新品研製時間周期來說已經無法滿足要求。新產品性能指標提高，對部件的重量、結構、功能等提出了更為苛刻的要求，特別是重量的限制，原來依靠多個鑄件加工後裝配到一起，以來實現功能的結構必須進行集成以減輕重量。傳統的鑄造工藝受到鑄件技術水平的限制，集成的鑄件無法製造出來，也只能拆分成多個鑄件進行組合，不僅延長了鑄造時間，而且組合成的精度也受到一定限制。
為了從根本上縮短鑄造生產周期，滿足新產品研製需要，2015年開始，3D列印砂型鑄造技術便進入了慶安公司的視野。時任總工程師湯濟新提出，公司要真正實現生產科研型向科研生產型轉變，3D技術輔助製造是一個必不可少的手段，技術部門要利用好這項新技術形成生產能力。3D技術的出現讓設計思想發生了很大改變，根據產品功能設計鑄件形狀，不用考慮很多鑄件的工藝限制，充分發揮設計的創造性，進一步集成的組件簡化了裝配過程，減少了故障環節，減輕了重量，充分發揮出了產品的性能。

3D列印樹脂砂工藝是SLS技術在高分子樹脂粉末雷射選區燒結的基礎上發展起來的一種新應用。它的出現對於鑄造工作者甚至是產品設計者來說是一次徹底的革命。它徹底拋開了設計模具、製造模具、試模三個周期最長的環節，不僅節省了傳統鑄造2/3的時間，而且再複雜的模型都可以一次鑄造成型，徹底結束了過去傳統方式多個模具成型拼接的歷史。
慶安公司通過3D列印樹脂砂技術的應用，在設計方面提高了設計複雜鑄件工藝方案的水平，使工藝人員加大了鑄造模擬軟體以及檢測設備的應用，提升了設計工藝水平；在製造方面提高了一線操作人員的精細程度，逐步改變了過去操作粗放的習慣，使鑄造技能水平上了新台階。
慶安公司通過複雜鑄件的試製、批產，帶動了質量管理、生產管理人員甚至是其他輔助人員的認知水平，逐步養成良好的質量習慣，提升了公司的整體鑄造水平，也提升了公司產品在市場上的競爭力，對公司成為優秀的飛機附件供應商起到了促進作用。
一項新技術的誕生必然會遇到傳統的阻力，公司3D列印樹脂砂技術團隊在攻關的過程中，不僅要面對各種技術工藝問題，在新品試製中他們首先面對的是傳統工藝流程和3D列印技術革新後工藝流程的衝突。3D列印樹脂砂技術+鑄造技術跨越了設計模具、製造模具、試模、模具鑑定這幾個環節，而在公司的現行質量管理體系中這幾個環節是必須進行的，無法證明合格的實物就不能使用在正式產品中。更改後的技術狀態如何控制？如何保證後續的3D砂型與之前的模型一致性？怎麼去控制砂型？鑄件不能解剖怎麼辦？等等一系列問題擺在了攻關團隊面前。

3D列印樹脂砂型工藝是一個還沒有全面工業化的新工藝，每公斤砂型的費用在100元左右，稍微大一點的砂型費用需上萬元；此外，但凡能夠使用3D列印樹脂砂型工藝，交付時間上都沒有給第二輪試製的空間，只能成功不能失敗。團隊面對這些巨大的壓力下，將工藝方案在設計階段反覆的模擬驗證，借鑑原來並不多的經驗，摸索前進，團隊的每個人都盡了自己的最大努力。
雖然遇到的問題千奇百怪，但面前的攔路虎就是團隊通往成功路上的基石。大家沒有退縮，沒有懈怠，有的就是逢山開路，遇水架橋的決心和勇氣，他們用數據證明了這一項新技術的可行性，最終達成一致共識，通過了首次交付。
為了降低3D列印砂型的成本，加快研製進度，團隊的技術人員提出了鑄件成型部分使用3D列印砂型，澆鑄系統及輔助不參與鑄件成型的部分使用3D列印樹脂工裝。接下來，就是將占鑄型很大一部分重量的澆鑄系統部分使用慶安能夠進行的3D列印樹脂工裝，利用這個工裝製作砂型澆鑄系統，鑄型成本降低50%以上，工藝方案的變動也更加靈活。
某帶鰭殼體鑄件毛坯為公司首次採用3D列印模具生產，代表了3D列印技術開始應用到公司鑄造模具製造生產環節，使慶安公司3D技術的應用在鑄造領域向前推進了一大步。

此次3D列印模具在公司砂型鑄造上首次成功應用，為今後新品快速生產開創了一條新路子，拓寬了3D技術的應用範圍，也為公司低壓鑄造大型薄壁鑄件積累了成功經驗。
經過幾年的攻關和努力，2018年3D列印技術被大量運用到公司樹脂砂鑄造方面，產品鑄造周期由傳統的5個多月降到了45天左右。大大縮短了研製周期，後續新品基本都採用3D列印技術，改變鑄件試製周期長的局面。特別是針對多品種、小批量生產特點的個性化研製具有很強的靈活性。
團隊負責人張建平感慨地說，新生的東西總會碰到各種各樣的阻力，這是事物發展的規律，通過首次交付以及在生產中的運用，大家基本上接受了這項新工藝，達成了基本的共識，後續的工作就是如何將其納入質量管理體系，接受質量約束，更好地為公司服務。新生的技術隨著認識水平的提高，各種新的問題仍會不斷出現，我們要正視、積極面對這些問題，正是在解決這些問題的過程當中，團隊就逐漸成長起來。公司研發製造能力的提升就是我們團隊前進的動力，
目前，3D技術已經開始由快速原型功能向功能零件製造方向前進，並且已經取得了一定的成績，相信不久的將來，3D技術的應用必將成為助推慶安公司核心競爭力提升的加速器。
文章來源：中國航空新聞網