增材铸就航天“重器”

　　站在兵科院宁波分院的电弧熔丝增材制造工作站外，隔着红色防弧光屏，可以看见内部3D打印设备的工作场景——金属丝经由电弧熔化，从机械臂末端的焊枪涌出，机械臂挥舞之间，高约2.5米的某型号壳体如“平地起高楼”般层层堆叠成型，待到一段结构打印完工后，3D打印设备撤离，减材设备顶上，对该段结构的内部进行减材加工。

　　“这是当前大尺寸、异形、薄壁结构件一体化成型的‘最优解’！”兵科院宁波分院博士、副研究员王帅说。据介绍，记者如今身处的工作站，是迄今为止国内最大的电弧熔丝原位增减材制造工作站，能够实现4米高结构件的整体增减材制造。

　　大尺寸、异形、薄壁结构件是个什么概念？3D打印又能发挥何种优势？王帅向记者解释了“重器”锻造的难点，以及电弧熔丝增材制造技术的“精髓”所在。

　　原来，无论是现代飞机还是航天器，都在追求用尽可能“少而轻”的材料，实现最大强度和刚度，因此一个结构件往往在功能上做足了“加法”，却在壳体厚度、镂空处理上做足了“减法”。

　　这时，如果选用传统减材的加工方式，可能95%的材料要切除；如果采用模具制造，不光大体积模具生产加工困难，生产周期也要数以月计。

　　而增材制造，也就是我们常说的3D打印，则没有这些限制。一个三维模型，如果能够剖切成若干层二维“薄片”，那么就能运用逆向思维，先逐层打印二维“薄片”，再将其叠加还原成三维模型。

　　在兵科院宁波分院的电弧熔丝增减材制造工作站，3D打印的精度有了显著的提升。“目前，我们电弧熔丝增减材制造的精度能达到0.5毫米。对于火箭、航天器等后续加工难度较大的超大结构，我们能进一步将产品做精，确保打印完后内外型面都无需再加工。”王帅说。

　　去年，我国某型运载火箭成功发射，其关键结构件——多星适配器就出自兵科院宁波分院的电弧熔丝增材制造工作站。这个直径和高度均超过1米的大型结构件，承担起连接火箭和挂载卫星的作用，让火箭具备一箭多星的运载能力。

　　自王帅2020年9月入职兵科院宁波分院以来，他所在的中心已为兵器、航空航天等领域交付了数百套增材制造结构件，实现了数千万元产值。2021年，他参加了全国首届电弧熔丝增材制造（3D打印）设备操作员竞赛，并获得了银奖。

　　立足当下，王帅在科研领域的步伐从未停歇。当前，随着飞行器的飞行速度越来越快，对增材材料的高温性能和承载力也提出了更高要求。针对电弧增材制造耐热铝合金材料，该工作站力争在1年内，将材料在200℃以下的高温性能从抗拉强度350兆帕提升到400兆帕。