他的3D打印技术与梦天舱一同逐梦寰宇@启明星赵凯
“我们主要做的是
先进制造3D打印，
这个技术从不太被认可、
被认为是只能制造塑料玩具，
到在梦天舱上
有几十件金属产品的应用。”
航天八院149厂创新中心主任、上海工程技术研究中心“复杂金属构件增材制造中心”主任、中国机械工程学会增材分会学术委员、2020级启明星赵凯向上海科技介绍。
近期，赵凯的科研团队研发了系列化增材制造工艺与装备，实现了航天器大型轻质承力构件的增材制造，制造的产品通过了一系列考核验证，成功应用到了重大型号产品，实现了该项技术的成果转化。
01
从不被看好，
到实现成果转化
随着运载火箭、空间飞行器和其他领域高端装备的快速发展，对低成本、短流程、快批产等制造特征的要求越来越高。
针对以上需求，赵凯的团队自主研制了具有智能化路径规划、多轴联动解耦和全惰性气氛保护等特点的大型金属构件系列化增材制造装备和成套工艺，特别是克服了大型构件增材成形过程中应力集中导致变形开裂等问题，实现了米级尺寸钛合金构件、3.6米级高强钢等大型构件的一次打印成形，其中多款钛合金球形燃料贮箱已成功应用为卫星等航天器。
其实，在最初，赵凯团队研发的技术并没有被看好。“个别典型产品的成功研制并不能拓展该项技术的全面运用，大家对新工艺新方法能否批量运用还是存在很多顾虑。”赵凯介绍说。
为了能够打消设计师和型号老总的顾虑，满足航天产品的可靠性一致性要求，赵凯的团队在相关专项的支持下，开展了大量的基础实验验证工作，并制定了从原材料到后处理再到检验的全链条工艺过程管理方法，最终形成了一系列工艺规范和技术标准，支撑了该项技术的在空间站梦天舱等型号的应用。
“目前，航天八院149厂主要负责运载火箭、空间飞行器，战术武器地面系统的制造、总装和发射场服务。”赵凯介绍说，“同时，企业也完成了载人航天、探月工程等一系列国家重大工程任务。”
02
他说，
怀着航天人的使命前行
“在制造领域，
有很多新的高性能的产品
我们设计得出来，
但制造不出来，
所以需要有更多人
投入到这个领域中来。”
赵凯之所以从事当前的研究领域，主要是因为在大连理工读研究生时，就在围绕航天领域先进制造技术开展了课题研究，从而体味到了作为一名航天制造领域研究者的使命感。
“在看到我们国家航天技术飞速发展的同时，我也看到，其他国家并没有放慢在这个领域的攻关力度。”赵凯说，“同时我上学所在的科研团队也非常支持学生投身于国家重大工程领域，多位师兄师姐也都在航空航天领域工作，所以我就业时觉得能投身航天制造领域是非常有必要、也非常令我自豪的。”
实施载人航天工程以来，广大航天人牢记自己的使命，不负重托，秉持着特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的载人航天精神，日夜投身于科研事业之中。
赵凯所在的单位，从2012年起就开始探索增材制造领域。从最开始只能打印尼龙等塑料件，到现在可以研制高性能金属构件，实现了技术的飞跃。
“正是这股精神让我们国家这个航天事业能够取得现在的成绩，也正是这股精神指引我们从多年前被国际空间站拒之门外的境况，一步步改变到现在，在太空建造了自己的空间实验室。”赵凯说。
03
未来，
与AI技术为友
“我所在的研究领域，
最新的趋势之一，
是把机器学习、人工智能等技术
引入到增材制造方向。”
“因为增材制造过程是涉及材料、结构、多种物理场和化学场的工艺过程，其制造装备是涵盖多因素、多层次和跨尺度耦合的极端复杂系统。”赵凯解释说。完全按照设计要求实现产品一致、可靠和高性能生产，仍然是增材制造面临的巨大瓶颈和挑战。如能结合机器学习或人工智能技术等手段，解耦增材制造极端复杂系统，发展形/性主动可控的智能化增材制造技术，将为增材制造技术的材料、工艺、结构设计、产品质量和服役效能的跨越式发展提升奠定充分的科学和技术基础。
未来，赵凯团队在科研上的主要设想是契合上海“3+6”产业体系，特别是人工智能这一先导产业，推动人工智能与航天制造深度融合，促进航天制造技术的数字化转型。具体是以增材制造智能化为抓手，克服现有的制造过程中人为参与干涉频次多和人工经验依赖程度高等问题，研发具有自采集、自建模、自诊断、自学习、自决策的形/性主动可控的智能化增材制造装备，提升增材制造技术应用的可靠性，促进增材制造技术大规模应用。
面临国家发展要求和外部复杂挑战，中国航天事业发展对人才梯队建设提出了更高要求。“期待我们团队能够创造出颠覆性新结构和新功能器件，为航天强国建设做出更多贡献。”赵凯说，“也希望能有更多的有志青年加入到航天等国家重大工程领域来，我相信我们也会给大家一个发挥自己才能的舞台。”
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