星馳恒動：航天3D打印助力智能制造

北京星馳恒動科技發(fā)展有限公司 屈 林 孟煒杰 高 璐

北京星馳恒動科技發(fā)展有限公司（以下簡稱“星馳公司”）成立于1995年，是北京衛(wèi)星制造廠有限公司下屬的全資子公司，也是一家以航天技術為依托的國家高新技術企業(yè)。星馳公司充分利用中國航天的技術優(yōu)勢，開展航天技術的成果轉化與應用開發(fā)，形成了先進制造、智能裝備、節(jié)能環(huán)保等業(yè)務，成功開發(fā)了3D打印技術及裝備、智能生產線、一體化水處理設備等產品和技術，并廣泛應用于航天航空、醫(yī)療、環(huán)保等領域。

一 堅持以技術為支撐，立足市場

自2016年起，星馳公司開始開展3D打印技術研發(fā)及工藝設計，經過大量的實驗和驗證后，研發(fā)了熔融沉積成型、立體光固化成型、激光選區(qū)融化、激光金屬沉積等技術。2018年5月，星馳公司自主研發(fā)的3D打印產品——嫦娥四號中繼星某零件實現(xiàn)首次在軌應用，證明了增材制造技術將成為未來制造業(yè)的重要技術之一，并助推著智能制造的發(fā)展。在全面助力型號產品研制生產的同時，星馳公司致力于航天成果的轉化，自主研發(fā)了依托多項航天技術、適用于科普教學的桌面3D打印機。

（一）增材制造技術服務

星馳公司依托航天技術背景，著力開發(fā)增材制造先進技術與服務，開展了鈦合金、鋁合金、高溫合金等材料的3D打印技術研究，突破了復雜形狀結構件激光選區(qū)熔化變形與尺寸精度控制、拓撲優(yōu)化結構件設計與制造、極限尺寸結構件制造、3D打印產品性能調控與后處理等關鍵技術。

隨著航天技術和增材制造技術的發(fā)展，航天器結構對金屬3D打印技術提出了迫切的需求，星馳公司按照《航天器產品工藝鑒定管理要求》，針對鋁合金、鈦合金進行了原材料粉末特性、工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝支撐設計、后處理工藝研究和典型SLM成型產品檢測與評價等研究，獲得了穩(wěn)定的成型工藝技術，并對成型產品的質量進行了評定，通過航天器產品工藝鑒定，獲得上星許可。2018年5月21日，嫦娥四號中繼星發(fā)射成功，其中就用到了星馳公司承制的3D打印星上產品。截至2018年底，星馳公司已完成嫦娥四號、天宮等18個型號36種300多個零件產品的3D打印任務。

▲星敏支架

▲動量輪斜裝支架

▲散流器

▲技術依托

▲產品系列

增材制造作為一項前瞻性、戰(zhàn)略性技術，其工程應用性很強，領域跨度很大，對未來制造業(yè)，尤其是高端制造的發(fā)展具有十分重要的作用。除了需要加強對增材制造技術、工藝、裝備及相關材料的研究之外，找準應用市場及產業(yè)化方向同樣至關重要。星馳公司在增材制造領域堅持以市場需求為導向，不斷完善改進現(xiàn)有技術，從加工精度、生產效率、材料使用性能等方面提高現(xiàn)有技術水平。同時，密切關注國內外最新技術進展，增加自身技術儲備。

未來，星馳公司持續(xù)致力于將3D打印技術應用與傳統(tǒng)工藝領域有機結合并產業(yè)化，向客戶提供優(yōu)質的技術服務方案。星馳公司還將進一步完善現(xiàn)有的金屬3D打印工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，突破關鍵技術，提升服務質量，進一步開拓市場，深化在航空航天、武器裝備、醫(yī)療、汽車等領域的應用與發(fā)展。

（二）桌面3D打印機及其配套產品

神舟星格瑪桌面3D打印機采用熔融沉積制造（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）原理，根據(jù)待打印模型的截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面，一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個實體造型。

該桌面3D打印機是星馳公司根據(jù)市場需求，依托多項航天技術（精密驅動與傳動技術、高可靠機電控制與管理技術、高精度成型技術等），結合3D打印技術原理自主研發(fā)的產品，也是典型的航天技術向民用市場轉化的產品。該產品擁有20余項國家發(fā)明專利，并通過了我國權威檢驗機構認證和歐盟CE認證。

針對不同的用戶需求，星馳公司針對桌面3D打印機有一體化設備和模塊化設備兩大產品系列。可應用于教育、航空航天、醫(yī)療、建筑設計等領域，確保創(chuàng)意與產品的快速實現(xiàn)。

星馳公司自主研發(fā)的桌面3D打印機產品主要有以下優(yōu)勢：

（1）打印精度高。星馳公司自主研發(fā)的3D打印機的打印精度為0.1mm，可完成對要求較高精度的復雜產品的制造，滿足學校科普和新產品開發(fā)等場景的需求。星馳公司在桌面3D打印機的核心部件——打印噴頭上擁有多項關鍵技術，包括采用機電熱一體化設計、航天隔熱結構、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)等，該產品還具有出絲均勻、運行可靠的特點。該產品在制造中采用了航天精密制造、裝配與測試技術，保證了產品的質量與設計指標匹配。

▲3D桌面打印機噴頭

▲3D桌面打印機顯示屏

（2）產品智能化水平高。產品的人機界面配備觸摸屏，用戶可以使用一鍵打印功能，人機交互性能友好。產品還具備斷料檢測、斷電續(xù)打等功能，減少因材料缺少和意外斷電導致的打印失敗問題。此外，該產品還具有聯(lián)網功能，用戶不僅可以遠程查看設備的狀態(tài)，還可以遠程操作設備、下載模型和進行軟件系統(tǒng)升級等。

（3）產品配套服務齊全。圍繞3D打印機，星馳公司開發(fā)了PLA耗材、3D打印教程與培訓等配套產品，為3D打印用戶提供一整套3D打印教育解決方案。同時，為用戶提供電話、網絡、視頻、線上/線下等多種形式的技術支持。

目前，神舟星格瑪系列產品已實現(xiàn)批量化生產，廣泛用于國內外多個地區(qū)，并獲得用戶的普遍好評。

二 堅持航天品質，為客戶創(chuàng)造價值

自成立以來，星馳公司始終把客戶的滿意度作為項目評價的重要考量因素，堅持以“嚴、慎、細、實”的航天精神開展每一項工作，以嚴苛的航天質量要求對待自身的產品與服務，并以此建立了面向全國的3D打印生產制造中心與產業(yè)化服務渠道。

目前，星馳公司的3D打印業(yè)務涵蓋了航天型號產品研制、新產品試制、工裝制造、民用文化創(chuàng)意類產品制造，以及面向教育行業(yè)的FDM桌面機、PLA耗材、教材與培訓。在服務軍民市場的過程中，星馳公司順利與中國航天科技集團有限公司、中國航天科工集團有限公司、中國航空工業(yè)集團有限公司等軍工企業(yè)的下屬院所，清華大學、北京航空航天大學等高等院校建立了密切的合作關系。與此同時，星馳公司在重慶、遼寧、山西等地區(qū)大力推廣以桌面3D打印機為主的創(chuàng)客教育，并提供包括設備、耗材、教材、培訓等在內的一整套3D打印教育解決方案。

三 堅持3D打印協(xié)同創(chuàng)新平臺，驅動發(fā)展

近年來，國家出臺了多項鼓勵和支持發(fā)展3D打印技術的有關政策。例如，《增強制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃（2018—2020年）》中明確指出，“支持增材制造企業(yè)與互聯(lián)網企業(yè)合作，推動成立一批在線協(xié)同設計、數(shù)據(jù)互聯(lián)共享、分布式制造的增材制造云平臺，降低應用門檻，為用戶提供創(chuàng)新設計、產品優(yōu)化、快速原型制造、模具開發(fā)等應用服務。”2017年11月27日，國務院印發(fā)《關于深化“互聯(lián)網+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網的指導意見》，該意見對發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網做出重要部署，提出要著力打造網絡、平臺、安全三大體系，其中，網絡是基礎，平臺是核心，安全是保障。當前，我國工業(yè)互聯(lián)網平臺的發(fā)展總體還處于起步階段，技術體系、應用場景、商業(yè)模式、產業(yè)生態(tài)仍處于快速迭代、持續(xù)探索過程中，需要結合國內外發(fā)展形勢和應用實踐，持續(xù)開展調查研究、總結經驗、提煉規(guī)律、深化認識，打造我國多層次、系統(tǒng)性的工業(yè)互聯(lián)網平臺體系。

▲市場情況

▲產品配套

隨著3D打印產品數(shù)量不斷增多，產品的材料類型、尺寸大小、結構形式、工藝方法均呈現(xiàn)多樣化趨勢，而目前市場中有大量閑置的3D打印資源無法利用，亟需構建基于工業(yè)互聯(lián)網的3D打印平臺，使工藝設計、生產制造、經營管理服務等在平臺中并行運行、協(xié)同管理，讓信息傳遞更具完整性、準確性、時效性，推動3D打印人才、技術、設備設施、資金、知識等資源的大范圍動態(tài)共享和按需提供，促進資源配置高效化、生產方式智能化、組織管理靈活化，不斷催生個性化定制、網絡化協(xié)同、服務型制造、精準供應鏈管理等新模式新業(yè)態(tài)。亟需一個平臺，打通用戶需求、研發(fā)設計、生產制造間的信息孤島，并將先進企業(yè)的經驗轉化模型化，保證打印的質量，推動3D打印在航空航天乃至整個制造業(yè)中的應用。

星馳公司根據(jù)3D打印機的使用需求和未來的發(fā)展趨勢，正在建立面向3D打印的互聯(lián)網創(chuàng)新平臺，圍繞3D打印技術與產品的應用場景，打造涵蓋用戶、設計、設備廠商、3D打印工廠、產品物流和支付等要素的全流程生態(tài)社區(qū)，旨在推動3D打印技術應用與產業(yè)化發(fā)展。目前，星馳公司已初步搭建了基于工業(yè)互聯(lián)網的FDM桌面3D打印平臺，實現(xiàn)了桌面3D打印機的生產管理、銷售及售后工作的在線管理，也實現(xiàn)了桌面3D打印機的工作狀態(tài)監(jiān)控，方便用戶的使用。將桌面3D打印機的基本信息、動態(tài)信息接入互聯(lián)網平臺，可對桌面3D打印機的使用狀況等進行分析，有利于桌面3D打印機的優(yōu)化和升級。桌面3D打印機互聯(lián)網平臺主要包括后臺管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、認證系統(tǒng)、桌面3D打印機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、保修系統(tǒng)、模型管理系統(tǒng)、商城管理系統(tǒng)和桌面3D打印機APP等。后續(xù)將逐步完善平臺功能，將金屬打印業(yè)務接入工業(yè)互聯(lián)網。

最終3D打印工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新平臺的功能為：基于工業(yè)互聯(lián)網的3D打印平臺，將物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、智能傳感和人工智能等信息化技術與3D打印技術深度融合，構建精準、實時、高效的數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的3D打印全流程服務體系，打通工藝設計、生產制造等各業(yè)務環(huán)節(jié)的“信息孤島”，以“云上協(xié)同管理，云下智能制造”的形式，提供“工藝設計、智能生產、品質監(jiān)控”等服務，將3D打印技術、經驗與知識模型化、標準化、軟件化，實現(xiàn)3D打印知識服務、生產過程優(yōu)化、產品全生命周期的管理服務優(yōu)化、企業(yè)管理的運營決策優(yōu)化，以及更深、更廣的資源優(yōu)化配置。

四 結束語

星馳公司自成立以來，致力于成為以技術為支撐，以市場為向導，以用戶為核心的先進制造和智能裝備解決方案倡導者與提供商，培養(yǎng)了一支專業(yè)化的人才隊伍，依托北京衛(wèi)星制造廠有限公司的先進技術和經驗，不斷提升能力、完善自我、創(chuàng)新發(fā)展，努力為用戶提供尖端、高效、可靠、貼心的優(yōu)質服務。