成本工程 | 仿真技术成为航天制造提质降本“新引擎”

2024-11-25 18:05 北京

近日，四院南京晨光公司二一九所将有限元仿真技术应用于“部件骨架工艺模型优化”项目，对3D打印骨架进行仿真、应力堆积情况分析，并进行结构优化、工艺优化，实现部件减重20%，工艺研究阶段打印成功率由原方案的50%提升至90%以上，研发成本可降低约30%，树立了以“仿真加速技术迭代”为核心的降本增效新典范。

南京晨光公司二一九所把仿真技术深度嵌入生产实践之中，基于有限元仿真技术，分析增材、复材成型过程中的热传导和应力堆积，不仅大幅提升产品结构设计与工艺优化的效率，更是有效规避了生产风险，实现了成品率的飞跃式提升与质量损失的显著降低。

在部件骨架加工中，由于骨架存在不规律拓扑筋条，如果采用铸造方法不仅工艺过程复杂、周期长、力学强度低，而且还难以满足极致轻量化和快速生产需求。采用3D打印可直接一体化成形复杂形状的骨架毛坯，极大缩短制造时间，是更好的选择。然而，在增材成形过程中，该复杂结构存有多处应力集中，变形开裂风险较大，需要多次结构、工艺迭代才可以获得质量稳定的产品，研制成本和生产耗时都相当可观。对此，二一九所结构仿真组采用仿真优化的方法对骨架进行结构优化和工艺仿真，找准风险部位，加强局部特征，极大降低了产品报废风险。

该技术团队采用先进的热力耦合仿真模型，实现了打印过程的高度还原，显著提升了仿真预测精度。结构设计上，他们巧妙利用拓扑优化技术，设计出既满足轻量化需求又具备优异力学性能的骨架结构，与原3D打印工艺相比，部件减重超过20%。同时，依托增材制造的一体化优势，研发周期较传统加工方式缩短了约30%，彰显了强大的技术创新实力。在工艺层面，技术团队结合骨架结构特点，优化摆放方案与工艺参数，有效减少了整体变形量，降低了成形风险。通过多次迭代仿真与针对性改进，他们成功将应力分布控制在安全范围内，工艺研究阶段的打印成功率从原方案的50%提升至90%以上，研发成本可降低约30%。

目前，南京晨光公司二一九所已着手编制增材、复材工艺仿真的指导性规范，旨在构建一套标准化、规范化的操作流程与质量控制体系；同时，还将建立仿真案例库，总结成功经验与失败案例，为后续项目提供宝贵的参考与借鉴。该所通过深挖仿真技术的降本增效潜力，引领先进制造迈向更加高效、低成本的可持续发展之路。

END

图文 | 南京晨光公司

编辑 | 木白

审核 | 金彤

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