中國首次用3D打印造飛機鈦合金大型構件
2013年01月23日 10:23 9634次瀏覽 來源: 中國航空新聞網 分類: 鈦資訊
從“減法”到“加法”
實現(xiàn)質的飛躍
高性能金屬構件激光成形技術是以合金粉末為原料,通過激光熔化逐層堆積(生長),從零件數(shù)模一步完成高性能大型復雜構件的“近凈成形”。這一技術1992年在美國首先提出并迅速發(fā)展。由于高性能金屬構件激光成形技術對大型鈦合金高性能結構件的短周期、低成本成形制造具有突出優(yōu)勢,在航空航天等裝備研制和生產中具有廣闊的應用前景,受到政府和業(yè)界的高度關注。
在王華明教授看來,從傳統(tǒng)的大型鈦合金結構件制造方法,如整體鍛造、切削技術,到這種新型的激光直接制造技術,實現(xiàn)了加工技術由“減法”到“加法”的質的飛躍。采用整體鍛造等傳統(tǒng)方法制造大型鈦合金結構件,是一個做“減法”的過程。零件的加工除去量非常大。例如,美國的F-22飛機中尺寸最大的Ti6Al4V鈦合金整體加強框,所需毛坯模鍛件重達 2796千克, 而實際成形零件重量不足144千克, 材料的利用率不到4. 90%,這勢必造成大量的原材料損耗。與此同時,在鑄造毛坯模鍛件的過程中會消耗大量的能源,也降低了加工制造的效率。并且傳統(tǒng)方法對制造技術及裝備的要求高,通常需要大規(guī)格鍛坯加工及大型鍛造模具制造、萬噸級以上的重型液壓鍛造裝備,制造工藝相當復雜,生產周期長、制造成本高。
相較于傳統(tǒng)的大型鈦合金結構件整體鍛造,激光直接制造是一種做“加法”的加工技術,主要用高功率的激光束對粉末絲材進行熔化,往上堆積,實現(xiàn)材料逐層添加,直接根據構件的CAD模型一次加工成形。激光直接制造得到的零件微觀組織很細,力學性能很好,也可以實現(xiàn)多種材料鑄造。綜合來講,這種技術的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為:無需大型鍛造工業(yè)裝備、大型鍛造模具及鍛坯制備加工;機械加工余量小、材料利用率高、生產周期短;加工過程實現(xiàn)結構件“近凈成形”,只需一步完成;加工設計靈活度高,可以實現(xiàn)特殊功能零部件的“原位”鑄造;所制備的零件具有優(yōu)異的綜合力學性能,等等。這樣就大大降低了制造成本,提高了制造效率與加工質量。
王華明認為,大型鈦合金結構件激光直接制造技術確實是一種帶有變革性的,短流程、低成本的數(shù)字化制造技術,其被國內外公認為是對飛機、發(fā)動機、燃氣輪機等重大工業(yè)裝備研制與生產具有重要影響的核心關鍵制造技術之一。
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