实现航空发动机叶片超精细“冷加工”突破 西安企业助力摘取“现代工业皇冠上的明珠”

朱建海正在操作激光仪器。

■文/图记者张潇实习生陈立颖杨晨雯

航空发动机叶片拿在手中就和手机差不多重，在它的表面有着很多的小孔。这是9月30日，记者在中科微精看到的一幕，而这看上去小小的叶片代表着我国在航空航天发动机叶片制造的关键技术与设备上的最新突破——西安中科微精光子制造科技有限公司研制出系列化超快激光极端制造装备，实现了航空发动机涡轮叶片气膜孔的超精细“冷加工”的突破，填补了国内空白。

瞬间气化

神奇飞秒激光使材料“来不及发热”

在航空领域，航空发动机一直被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，其制造水平代表着一个国家的科技、工业和国防实力。然而，我国现有加工手段容易导致航空发动机关重件出现各种制造缺陷，严重影响了新一代航空发动机的研制和生产。在航天领域，卫星电推进器等关重件存在微米级加工精度、高表面质量、大幅曲面薄壁结构等极端制造瓶颈，极大影响了航天飞行器的性能、寿命及可靠性。

“我们通过超快激光微加工技术突破了传统制造方式加工叶片气膜孔存在重铸层、微裂纹、再结晶等缺陷。”中科微精科技发展部经理朱建海介绍。那么，叶片上为何要打孔？为何一定要激光打孔？它的难度有多大？据介绍，这个小孔叫做气膜冷却孔，其作用就是解决了航空发动机在超高温（1700℃）及超高压等苛刻条件下冷却问题。

飞秒激光技术又是怎么回事呢？原来，不少近视患者都做过飞秒激光近视矫正手术，而中科微精所做的，就是将这种激光用在了工业加工上。据介绍，飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，属于飞秒量级，1飞秒就是1/1000万亿秒，光一秒可以绕地球七圈半，而1飞秒只能走过头发丝1/200的长度，这是飞秒激光的第一个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小许多的空间区域。因而，这样加工时切面整齐、无热扩散、无微裂纹及冶金缺陷，加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响，从而做到了加工的超精细。

飞秒激光的优点就是热量不传导，不损伤材料，能量来不及释放该脉冲已经结束，避免了能量的转移，转化热量的存在和热扩散，实现了真正意义上的激光“冷”加工。所以叫做“冷加工”。通过各种光学镜让一束激光在“运动”中完成精准的打孔。相比于电火花、长脉冲等加工方式，飞秒激光加工不改变材料结构、不产生相变、表面完整性好，已成为航空、航天、电子等领域超精细低损伤的最佳选择。

除了高端的航空航天设备，激光加工的应用非常广泛，朱建海举例，汽车发动机喷嘴加工得越精确，汽油雾化效果动力越强劲，今年中科微精承担的科技部重点研发计划就是研发这个。而在厂区，一台激光设备正在用激光“做”心脏支架。

承担多个重大专项

突破多项超快激光加工行业技术难题

除了航空发动机涡轮叶片气膜孔的“冷加工”，中科微精在中国科学院科技成果转移转化重点专项（弘光专项）项目“航空航天发动机极端精细制造装备”等的支持下，在国际上率先突破了小空腔（0.5毫米）叶片对壁无损伤微孔加工的世界技术难题，这个技术最大的难点在于实时监控激光的焦点，将材料一层打破又不影响到另外一层。

此外，该公司在国内率先攻克了高精度、三维可编程、异型微结构扫描成形技术，实现了超高精度（±2微米）及异型气膜孔的高品质加工，为新型航空发动机叶片的研制提供了重要的技术支撑。

西安中科微精光子制造科技有限公司是由激光领域优秀团队共同组建的一家高科技企业，主要致力于高端激光超精细微加工设备的研发、生产及销售。目前，该公司掌握了业界领先的超快激光器、复合光束扫描、三维曲面自适应定位、小空腔背伤保护等核心技术，相继开发出针对航空、航天、汽车和电子等领域系列超快激光微加工装备，部分核心指标达到国际先进水平，可为诸多难加工材料与构件的超精细冷加工提供全方位解决方案。

打造“智能制造”名片

规划建设全国最大超快激光研究与产业化基地

中科微精成立短短3年来，不断攻克超快激光极端精细制造领域的一个个技术难关并进行了产权固定。截至目前，团队申请专利120余件，从关键部件到设备整机再到加工工艺均有知识产权覆盖保护，加速了公司的市场开拓和快速发展。

西安中科微精光子制造科技有限公司实现了系列化超快激光极端制造装备的产业化。截至目前，已建成1条核心部件及3条极端精细制造装备的中试生产线，相关产品已在20余家航空航天领域优势单位得到应用，为我国航空航天发动机关重件加工提供了新的加工手段和装备，推动了我国航空航天发动机领域的技术进步和产业发展。

高端制造装备代表了一个国家的科技水平、工业基础和经济竞争力。作为国内光子极端智造系统与装备的先导者，中科微精围绕航空航天、电子信息等领域，正着手在西安规划建设全国最大的超快激光研究与产业化基地，同时紧抓国家“一带一路”建设机遇，打造“智能制造”名片，推动我国激光高端制造快速发展。

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