上海飛機孫小峰:激光增材制造在中國商飛的應用發展

3D打印人物
2019
09/24
15:42
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2019年9月19-21日,IAME中國(西安)國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造(3D打印)科技創新的開放合作共享交流平臺,匯聚全球頂尖的增材制造(3D打印)領域成果及人才,促進行業各環節、產業鏈的銜接融合。南極熊作為戰略合作媒體,到西安現場全程報道。

2019年9月 20 日“增材制造技術與航空航天論壇”,上海飛機制造有限公司孫小峰做了主題是《激光增材制造在中國商飛公司的應用發展》的報告。

下面是現場速記:

今天我做一個分享是激光增材制造在中國商飛公司的應用及發展,剛才航天幾位專家提到了標準規范在我們航空航天應用單位作用非常大,這一點我深表認同,對于民用飛機這一塊,除了我們要建標準,建規范,另外很重要的一塊工作,作為申請方向規范標準的有效性,這是我今天要講的一個主題。

關于商飛公司
首先借這樣一個機會,我把商飛公司基本情況做一個簡單的介紹。商飛公司一開始不是造飛機的,是維修飛機的,上世紀50年代成立,70年代參與了運十的研制,可惜后來運十飛機下馬了,后面我們和美國麥道公司合作,生產了MD82/83飛機,很可惜麥道公司被波音公司兼并,這個項目也沒有了。進入21世紀,中國的民機事業有了嶄新的發展空間,后面我們陸續開展了ARJ21,C919和CR929的研制,跟我們有合作的單位,目前商飛公司有兩個基地,一個在靜安區的大廠,489畝負責生產飛機的生產交付和轉包任務,我們重點發展在浦東基地,有4049畝,現在919的組裝在那邊,在浦東建了ARJ組裝線,后面ARJ的生產能力會往浦東這邊轉,后續我們立項的CR929寬體飛機制造業在浦東。

我們商飛公司想打造六個方面核心能力,一個是總裝集成,核心關鍵零部件的制造,新技術新工業新材料應用研究,民用飛機交付,包括供應鏈的構建和管理這六大核心能力,我們愿景想努力發展成為最具效力,最值得信賴的一個航空生產制造商。目前三個型號,ARJ21,22家客戶596架定單,目前我們已經交付14架,兩架運營商,成都航空現在11架飛機在運行,內蒙古3架。C919累計28家客戶815架定單,目前四架飛機在試飛舉證,今年四季度有新的飛機投入試飛工作,CR929也在推進,CR929飛機上面沒有增材制造件,C919一開始圍繞艙門一圈有23個件,后面陸續增加,現在有30多個件實現了裝機。

中國商飛的增材制造
增材制造對于民機這一塊來說還是比較新的工藝,剛才馬先生也說了,為了推進增材制造技術在民機上的應用,中國商飛成立增材制造中心,目前掛靠在北研中心,在這個下面我們建立相應的支撐基礎,在上飛院,上飛公司和客服公司,根據各個單位的業務重點分別建立應用推進工作室推進相關結構符合性,功能性驗證,制造符合性,工藝穩定性驗證和維修驗證,增材制造它設計的工藝參數特別多,過程控制特別復雜,我們這一塊關注材料與設計,設備與工藝,適航審查和生產檢測方面,這不僅是我們我們比較關注標準規范的制定,性能評估和一些審查方法,希望能夠建立成套的控制文件體系。

中國商飛接觸增材制造比較早,從2009年開始,我們大客剛立項不久就開始做這個事情,一開始是北航和西工大跟我們合作,通過送粉工藝做了機頭附近的窗框,梁緣條,后面在919的展示樣機和樣段上使用,因為是主承力件,它的復雜性比較高,適航審查流程特別長,我們后面正式裝機先沒有走這個,2015年走了圍繞艙門一圈23個,包括鉸鏈壁等功能件先走,包括馬先生剛才說的設計優化這一塊做了很多工作。商飛公司接觸這一塊比較晚一點,我們從2015年才開始做工藝這一塊,接觸制造工藝本身這一塊的工作,后面為了更清楚了解這個工藝,更好與審查方溝通推進這樣的應用工作,我們自己這一塊形成了一些能力,包括采購了一些SLS的設備SLM設備建立驗證平臺,進行了一系列驗證工作。

增材制造適航工作要點
我今天圍繞適航介紹商飛公司開展的工作,馬先生的報告通過金字塔的圖列出來民機這一塊要推進這樣的新工藝,它面臨適航驗證的過程,包括需要遵照驗證的適航規則,列了很多,商飛公司主要關注幾層,包括603條款,是材料,605是制造方法,613是材料的強度性能和材料的設計值,從符合性要求來說涵蓋比較寬,包括零件復合要求,材料要求,工藝要求,強度和設計的開發。我們把這幾個條款打開來看,從審查方的角度來說它關心哪些東西,在材料方面它會關注申請方是不是有材料的使用經驗,是不是已經形成了材料的行業規范和內部專有的材料規范,你的材料是不是有比較明確合適的控制措施,包括你的材料規范是不是已經向審查方報,得到了批準,包括材料測試,你測試環境和參數都是比較關注的。

制造方法這一塊,包括增材制造的工藝選擇,包括審查方申請方是不是有零件制造的經驗跟能力,你在增材制造關鍵工藝參數是不是已經確定,是不是有有效的控制方法,你的工藝規范是不是已經報批,在設備選擇和控制這一塊是不是有相應的規定,工藝穩定性測試是不是完成,穩定性到底怎么樣,產品制造是不是有明確的檢驗方法。

對613也是一樣,也有很多關注點,包括零件怎么取樣,怎么抽樣,材料批次是怎么定義的,你生產批次怎么定義,粉末是不是可以重復使用?如果重復使用你怎么來規定?這些關注的點比較多。

圍繞這個我們梳理了一下,圍繞增材制造全流程,在材料的設計值,材料整個設計符合性,材料與制造方法,后處理,檢測方法和基于工藝的認證,這幾塊都有比較多的問題需要說明白,需要舉證和論證的。這一塊國外比國內走的稍微早一點,FAA和EASA對GE,波音和空客經歷了相應的論證過程,對于某些零件形成了增材制造認證備忘錄,EASA今年跟我們國內的適航審定中心一起,對我們大客進行聯合審查,我們商飛團隊組織和國內審查方進行了多輪溝通對接,我們自己建的審查工作也在推進。

圍繞這些要求,我們商飛公司應對審查方做了哪些應對工作?在原材料方面我們開展了粉末原材料的控制研究,涵蓋化學成分,粉末特性,環境控制,粉末批次,材料規范,材料測試,復合材料粉末的混合,粉末控制,控制因素,編制了相應粉末管理受控的標準文件,這是從我始終方來說關注原材料是哪些方面。從材料本身,原材料的制造商也要經歷適航的審定過程,整個原材料的制造過程也是需要受控的,從我們來說,從它原材料制造的穩定性來說,經過三輪九批次,三輪十批次穩定性驗證。

另外設備的鑒定和維護這一塊,我們開展了SLM激光熔化設備鑒定、校準、維護測試,驗收鑒定方法研究,選取激光熔化設備穩定性試塊打印和測試,希望后面有更好的國產設計對民用飛機來搭建。除了材料跟設備,工藝也是審查方非常關注的點,我們圍繞工藝進行長期的工藝驗證工作,這有我們很多合作單位跟我們一起來做,通過近兩三年的工藝驗證,我們確定鈦合金SLM關鍵工藝參數應該定在哪一邊,根據能量輸入的區別不一樣,跟形成的缺陷有一定的關系,我們形成了這樣一定的認識。

在后處理這一塊也是一樣,我們開展了比較多的工藝驗證,包括熱處理跟熱等靜壓工作,對于受力件的穩定性提升有幫助。還有一塊是鈦合金粉末性能設計值開發延伸,圍繞拉伸疲勞,斷裂韌性,性能設置,材料批次,構件批次,熱處理批次,設備差異,工藝窗口等找到了設計值,基于上面那些基礎性工作,我們大客23個艙門連接件,六大類做了典型件的驗證,全流程驗證工作,目前看下來OK。

圍繞典型件驗證這一塊,我們同時發現,除了上面的材料工藝設備的基礎,圍繞典型件在結構的設計,支撐結構的設計優化,包括復雜構件的變形控制,表面成型質量的優化還有比較多的工作值得進一步來做。

除了上面鈦合金的激光選區熔化工藝,我們在LMD工藝做了一部分工作,我們2019年和北航、西工大合作做了鈦合金梁緣條機頭窗框測試數據基礎上,我們進一步測了技術數據,目前看下來這些數據還不夠,后續做的工作量還是挺大。

上面是金屬材料這一塊,我們針對非金屬,SLS工藝開展了相應的研究工作,我們打了一些工裝,不是裝機件,可以很好發揮增材制造在單件定制這一塊的優勢,我們打了一些零件的噴環保護工裝,激光打印支架和接頭。

增材制造在民用飛機的應用發展方向
從整體來看,我們目前面臨的主要問題是如何也對審查方的問題,近期工作重點開展圍繞我們想要推的工藝,開展系統化的驗證,收集更多的基礎數據,來說服那個審查方。剛才馬先生說我們整個中國商飛公司對如何系統推進增材制造件在民用飛機的應用已經形成了整體規劃,我們會先推裝機件和功能件,這一塊已經破冰,后續的推廣相對簡單一點。另外推次承力件和主承力件的應用,這一塊需要比較長的時間周期。最后是推進整體變革性結構創新。

發展重點我們覺得兩個方面:
一是工程設計和實驗驗證,我們圍繞一些新的結構,新的工藝開展結構優化設計和結構強度分析方法,包括性能評價和檢測方法,適航符合性和可靠性,支持后續的生產。
二是繞工藝優化和生產推進,在增材制造控形控性和表面感性,增材制造,特別是特別復雜的支撐設計和工藝仿真這一塊,前面整個裝機件破冰之后,后面將面臨批生產的問題,增材制造智能車間批生產技術也是作為生產單位需要考慮的重大問題。

通過近十年與增材制造打交道,中國商飛公司認為這個工藝還是比較復雜的工藝,光靠一家單位沒有辦法完成,中國商飛認為我們還是要再加強自身能力建設,加深自身對技術的認識上繼續開放合作的態度,和廣大合作伙伴一起對標學習,共同發展。

前期整個開展這些工作離不開好多合作伙伴的幫助,借這次大會的機會,對前期合作伙伴表示感謝,謝謝大家。




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2#
2019-10-8 22:08:53 | 只看該作者
挺好的,我國的技術應用還需要很長時間的驗證
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