他的3D打印技術(shù)與夢天艙一同逐夢寰宇

來源：上海科技

“我們主要做的是先進(jìn)制造3D打印，這個技術(shù)從不太被認(rèn)可、被認(rèn)為是只能制造塑料玩具，到在夢天艙上有幾十件金屬產(chǎn)品的應(yīng)用�！�

航天八院149廠創(chuàng)新中心主任、上海工程技術(shù)研究中心“復(fù)雜金屬構(gòu)件增材制造中心”主任、中國機(jī)械工程學(xué)會增材分會學(xué)術(shù)委員、2020級啟明星趙凱向上海科技介紹。

近期，趙凱的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了系列化增材制造工藝與裝備，實(shí)現(xiàn)了航天器大型輕質(zhì)承力構(gòu)件的增材制造，制造的產(chǎn)品通過了一系列考核驗(yàn)證，成功應(yīng)用到了重大型號產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。

01

從不被看好，

到實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化

隨著運(yùn)載火箭、空間飛行器和其他領(lǐng)域高端裝備的快速發(fā)展，對低成本、短流程、快批產(chǎn)等制造特征的要求越來越高。

針對以上需求，趙凱的團(tuán)隊(duì)自主研制了具有智能化路徑規(guī)劃、多軸聯(lián)動解耦和全惰性氣氛保護(hù)等特點(diǎn)的大型金屬構(gòu)件系列化增材制造裝備和成套工藝，特別是克服了大型構(gòu)件增材成形過程中應(yīng)力集中導(dǎo)致變形開裂等問題，實(shí)現(xiàn)了米級尺寸鈦合金構(gòu)件、3.6米級高強(qiáng)鋼等大型構(gòu)件的一次打印成形，其中多款鈦合金球形燃料貯箱已成功應(yīng)用為衛(wèi)星等航天器。

其實(shí)，在最初，趙凱團(tuán)隊(duì)研發(fā)的技術(shù)并沒有被看好�！皞�別典型產(chǎn)品的成功研制并不能拓展該項(xiàng)技術(shù)的全面運(yùn)用，大家對新工藝新方法能否批量運(yùn)用還是存在很多顧慮�！壁w凱介紹說。

為了能夠打消設(shè)計師和型號老總的顧慮，滿足航天產(chǎn)品的可靠性一致性要求，趙凱的團(tuán)隊(duì)在相關(guān)專項(xiàng)的支持下，開展了大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，并制定了從原材料到后處理再到檢驗(yàn)的全鏈條工藝過程管理方法，最終形成了一系列工藝規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，支撐了該項(xiàng)技術(shù)的在空間站夢天艙等型號的應(yīng)用。

“目前，航天八院149廠主要負(fù)責(zé)運(yùn)載火箭、空間飛行器，戰(zhàn)術(shù)武器地面系統(tǒng)的制造、總裝和發(fā)射場服務(wù)。”趙凱介紹說，“同時，企業(yè)也完成了載人航天、探月工程等一系列國家重大工程任務(wù)。”

02

他說，

懷著航天人的使命前行

“在制造領(lǐng)域，有很多新的高性能的產(chǎn)品我們設(shè)計得出來，但制造不出來，所以需要有更多人投入到這個領(lǐng)域中來�！�

趙凱之所以從事當(dāng)前的研究領(lǐng)域，主要是因?yàn)樵诖筮B理工讀研究生時，就在圍繞航天領(lǐng)域先進(jìn)制造技術(shù)開展了課題研究，從而體味到了作為一名航天制造領(lǐng)域研究者的使命感。

“在看到我們國家航天技術(shù)飛速發(fā)展的同時，我也看到，其他國家并沒有放慢在這個領(lǐng)域的攻關(guān)力度�！壁w凱說，“同時我上學(xué)所在的科研團(tuán)隊(duì)也非常支持學(xué)生投身于國家重大工程領(lǐng)域，多位師兄師姐也都在航空航天領(lǐng)域工作，所以我就業(yè)時覺得能投身航天制造領(lǐng)域是非常有必要、也非常令我自豪的�！�

實(shí)施載人航天工程以來，廣大航天人牢記自己的使命，不負(fù)重托，秉持著特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻(xiàn)的載人航天精神，日夜投身于科研事業(yè)之中。

趙凱所在的單位，從2012年起就開始探索增材制造領(lǐng)域。從最開始只能打印尼龍等塑料件，到現(xiàn)在可以研制高性能金屬構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的飛躍。

“正是這股精神讓我們國家這個航天事業(yè)能夠取得現(xiàn)在的成績，也正是這股精神指引我們從多年前被國際空間站拒之門外的境況，一步步改變到現(xiàn)在，在太空建造了自己的空間實(shí)驗(yàn)室�！壁w凱說。

03

未來，

與AI技術(shù)為友

“我所在的研究領(lǐng)域，最新的趨勢之一，是把機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)引入到增材制造方向。”

“因?yàn)樵霾闹圃爝^程是涉及材料、結(jié)構(gòu)、多種物理場和化學(xué)場的工藝過程，其制造裝備是涵蓋多因素、多層次和跨尺度耦合的極端復(fù)雜系統(tǒng)�！壁w凱解釋說。完全按照設(shè)計要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一致、可靠和高性能生產(chǎn)，仍然是增材制造面臨的巨大瓶頸和挑戰(zhàn)。如能結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)或人工智能技術(shù)等手段，解耦增材制造極端復(fù)雜系統(tǒng)，發(fā)展形/性主動可控的智能化增材制造技術(shù)，將為增材制造技術(shù)的材料、工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量和服役效能的跨越式發(fā)展提升奠定充分的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

未來，趙凱團(tuán)隊(duì)在科研上的主要設(shè)想是契合上海“3+6”產(chǎn)業(yè)體系，特別是人工智能這一先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，推動人工智能與航天制造深度融合，促進(jìn)航天制造技術(shù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體是以增材制造智能化為抓手，克服現(xiàn)有的制造過程中人為參與干涉頻次多和人工經(jīng)驗(yàn)依賴程度高等問題，研發(fā)具有自采集、自建模、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策的形/性主動可控的智能化增材制造裝備，提升增材制造技術(shù)應(yīng)用的可靠性，促進(jìn)增材制造技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。

面臨國家發(fā)展要求和外部復(fù)雜挑戰(zhàn)，中國航天事業(yè)發(fā)展對人才梯隊(duì)建設(shè)提出了更高要求�！捌诖�我們團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)造出顛覆性新結(jié)構(gòu)和新功能器件，為航天強(qiáng)國建設(shè)做出更多貢獻(xiàn)。”趙凱說，“也希望能有更多的有志青年加入到航天等國家重大工程領(lǐng)域來，我相信我們也會給大家一個發(fā)揮自己才能的舞臺�！�