航空航天增材制造“添翼”国产大飞机

12月9日，第二届中国航空航天增材制造技术发展论坛在上海举行。会上，专家学者展示了航空航天增材制造领域最新技术和产品，并就航空航天增材制造产业发展现状与趋势展开讨论。

中国工程院院士、国家增材制造创新中心主任卢秉恒表示，近年来，增材制造不仅在非技术方面取得了较大进展，在技术发展方面也满足了更多功能需求。激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化等增材制造技术陆续取得进展，推动增材制造在航空航天领域得到进一步应用。

增材制造相关材料的迭代更新和应用，也为航空航天增材制造发展打开了空间。“新材料会在航空航天领域应用得越来越广。”卢秉恒表示，“以陶瓷材料为例，它具有轻量化并耐高温的特点，在航空航天中有很大的发展空间。此外，一些高性能的材料和合金都在研发中。”在材料的开发上，增材制造平台功不可没，其能很快发明验证新的合金，为航空航天开辟新的材料领域。

会上，多位专家表示，增材制造在航空航天领域有很大的应用前景，特别是机翼、燃料喷嘴、喷气发动机等零部件。

卢秉恒介绍，接下来将考虑增材制造整机方案。“目前，主要考虑大部件，如头部、中机身、后机身、尾段、机翼、尾翼等，这些大型结构在传统制造中须通过焊接、铆接等多次连接。我们考虑直接用增材制造的方式制造这些大部件。”

据介绍，航空航天大型零件在整个制造过程中需要很多夹具支撑，工装夹具制造需要大量时间。增材制造凭借短链条制造流程优势，能降低供应链压力。“一架大飞机需要上千个铆钉，而这些铆钉基本上需要进口，增材制造的精密技术能解决这个问题。”卢秉恒说。

南京理工大学教授韦辉亮表示，轻量化设计制造是航天、航空、兵器和工程机械等领域孜孜不倦的追求。传统结构轻量化已到极限，须创新轻量化方法。要实现极限轻量化的设计和制造，须突破几个难题，其中一个难题是结构功能一体化设计。“在这点上，三维点阵结构和拓扑优化结构有优势。”

据了解，韦辉亮和团队在结构功能一体化方面进行了一系列设计方面的工作，如发明新型点阵结构，根据不同的区域值、温度值的条件调整点阵的形态，实现多项梯度的自调节及功能驱动设计。他们还提出了自适应的拓扑优化和点阵协同优化的方法，建立从几何到仿真优化的统一模型。

上海航天设备制造总厂有限公司创新中心主任赵凯介绍，增材制造是公司创新中心主要的技术方向。“特种增材制造装备的研制、工艺开发、工程应用级标准都是我们的发展方向。目前，我们正在尝试研发3种增材制造技术，分别是搅拌摩擦焊增材、超声增材、冷喷增材。”

中国商飞公司增材制造技术中心主任、北京研究中心副总设计师张嘉振表示，增材制造的一大限制因素是价格。对商业飞机而言，增材制造的应用会影响整个供应商链，包括材料构建、规范标准等。“提高经济性不仅要考虑制造成本，还要考虑飞机全寿命周期的运营成本。飞机结构的减重将极大地节约运营成本。”张嘉振说。