突破:C919首飞成功,背后的3D打印黑科技功不可没 

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发布时间: 2022-05-17 15:04
5月14日,中国商飞公司即将交付首家用户的首架C919大飞机首次飞行试验圆满完成,国产大飞机商用之路正式开启。据资源库了解,C919是我国自行研制的中短程单通道喷气式民用飞机,标准载客量为158人;其单价为0.99亿美元(折合6.53亿元人民币)。
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最新数据显示,C919的国内外客户订单总数高达1015架。目前,国产C919大飞机试飞取证和交付准备工作正在有序推进,有望在今年年底交付,用户为中国东航。其主要竞争对手是空客A320-200和波音B737-800飞机。
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目前,航空工业应用的3D打印主要采用SLM(选择性激光熔化)、EBM(电子束熔化)、DMLS(直接金属激光烧结)等技术形式,使用钛合金、铝锂合金、超高强度钢、高温合金等材料。

同样,C919大飞机在研发和制造过程中,也运用了3D打印技术以及特殊金属材料来制造客机的零部件,现在就让我们一起看看都有哪些。

C919中央翼缘条

西工大与中国商用飞机有限公司合作,应用激光立体成形技术为国产大飞机制造中央翼缘条,是3D打印技术在航空领域应用的典型。这根钛合金材质的C919中央翼缘条,尺寸3.07米,重量196千克,于2012年1月打印成功,同年通过商飞的性能测试,2013年成功应用在国产大飞机C919首架验证机上。
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如果采用传统的锻件毛坯重达1607公斤,而利用激光成型技术制造的精坯重量仅为136公斤 ,节省了91.5%的材料,经过测试,其性能比传统锻件还要好。

C919舱门复杂件

据C919总设计师吴光辉透露,C919装载了28件3D打印的钛金属舱门件,两件风扇进气入口构件。钛合金3D打印件成功应用于C919舱门复杂件,力学性能明显高于原有铸件。
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且有效缩短了零件交付周期,快速响应数模优化更改;建立了钛合金3D打印专用原材料及产品规范,有效保证了产品性能要求。

C919机头主风挡窗框

C919的机头挡风窗框是一个结构复杂且尺寸大的零件,国内的飞机制造厂用传统方法无法做出,只有欧洲一家公司能做出来,但是光每件模具费就要价50万美元,而交货周期还要等两年。按照这样下去,C919的成本又会大大的增加。
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2009年王华明团队仅仅用55天时间就做出来了,零件成本还不足欧洲锻造模具费的十分之一。由于成功研制出大型钛合金结构件激光直接制造技术,2012年1月18日,王华明院士主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖。

在2022年的《院士开讲》节目中,王院士还介绍了3D打印的具体过程:通过计算机控制激光,将合金粉末熔化为液态,接着激光控制着这些液态合金使其在基底材料上游走,像膜一样逐层堆积,“生长”成一个完整、精密的三维零件。

C919 LEAP-1C发动机

发动机方面,C919目前使用的是美国GE和法国赛风集团合资的CFM公司的LEAP-1C型发动机。而就在2021年8月20日,GE航空增材制造中心已经实现了第10万个3D打印发动机燃油喷嘴下线。

这些3D打印的燃油喷嘴正是用于LEAP发动机中,根据不同的发动机型号,每台发动机需要安装18或19个燃料喷嘴。
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据GE表示,3D打印燃料喷嘴相比传统燃油喷嘴在多方面取得了进步,部件数量上由20件降低为1件,重量整体减轻25%,使用寿命提升了5倍以上。
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事实上,C919除了目前使用的国外发动机,未来还有一套备选方案。中航商用飞机发动机公司正在进行国产CJ-1000AX发动机的研制工作,直径1.95米,长3.29米。据透露,该国产发动机同样采用了3D打印燃烧室燃油喷嘴等多项试制关键技术。

以上是已经确定在国产大飞机C919使用到3D打印制作的零部件,除了这些,飞机发动机的叶轮叶片和超高强度钢的飞机起落架也有通过3D打印来制作。

据资源库了解,中国航发拥有2个关于商用航空发动机的专利,分别是CN209569034U,中国航发开发了一种在两端分别设置有外环安装边的静子导叶;和CN105604978B,该发动机已研制成功抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片。
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2005年以来,激光增材制造钛合金飞机机身主承力框、翼身根肋、起落架等大型整体关键承力构件,在国产海空军新一代战斗机,大型运输机、运载火箭等航空航天重大装备研制和生产中获得了广泛应用。

相信随着C919即将量产,将打破波音和空客垄断。这也是中国首款拥有完全知识产权的国产大飞机,中国团队完成了100多项关键技术攻关。其中应用到了多项金属3D打印技术,3D打印钛合金零件也在C919中首次得到成功应用。
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