最近几年,中国航空工业捷报频传,先进战役机,舰载机,运输机接踵而出,其中最为引人关注的是,在2013年全球3D打印热潮中,以北航和西工大两个科研主体带动,沈飞、成飞、西飞等数家航空制造企业为主体,成为全球第二个可以在实践使用中应用3D打印技术制造飞机零件的国度。
美国90年代即开端使用3D技术造战机
自航空技术呈现当前,中国航空工业就不断居于落后的位置,建国60年以来,我们学苏联、学美国、学欧洲,中国航空工业给人的印象就是差半截,落后N年的。
3D打印技术目前在全球也是前沿技术和前沿使用,最尖端的航空工业对这种技术最为关注也最严谨,美国90年代中期就取得这类技术的工业尝试,但是他们不断称为近净成型加工技术,F-22,F-35都有使用,不过由于一些加工工艺等缘由,美国也没有能大规模使用,但美国将这一技术不断作为先进制造技术而由美国国防初级研讨方案局(DRAPA)牵头,组织美国30多家企业对这一技术临时研讨。
日本佳能是首家运用3D打印技术民用公司
在民用范畴,第一个使用这个技术的是日本佳能公司,他们在其顶级的单反相机壳体上运用相似的技术制造镁铝合金的特殊曲面的顶盖。航空工业中,洛克希德-马丁和波音公司都曾展现过相似的飞机大框,只是没有明白表示技术渠道。那么,中国如何获得这样的效果的呢?这些技术有什么优势和缺陷呢?3D打印技术成型是将金属熔融后叠加?罗百辉表示,从金属制造和加工业来说,3D打印根本原理是将零件数字化模型停止空间网格化,经过像素化分解成为一个个空间点阵,然后应用金属微量熔融或烧结的堆积技术,将零件一层层堆积而成,它的成型原理相似于目前普遍运用的激光打印机,只是普通的激光打印机所打印的是立体图形,而3D打印则是经过累计一层一层的打印图形构成空间三维构型实体。
3D打印可运用钛合金和超高强度钢等资料
航空工业使用的3D打印次要集中在钛合金,铝锂合金,超高强度钢,低温合金等资料方面,这些资料根本都是强度高,化学性质波动,不易成型加工,传统加工工艺本钱昂扬的类型。最后呈现的技术是来源于电子束焊接技术,电子束焊接是应用高能电子束在真空或许接近真空的环境中,直接熔融焊接资料体,电子束具有疾速消融,可数字控制扫描,可疾速挪动的特点,因而,应用电子束疾速扫描构成成型的熔融区,用金属丝按电子束扫描线步进放置在熔融区上,电子束熔融金属丝构成熔融金属堆积,这种技术叫做电子束熔化成型,90年代美国麻省理工和普惠结合研发了这一技术,并应用它加工出大型涡轮盘件。
电子束疾速数字成型技术的根底是事先电子束焊开展曾经成熟,工业级电子束可达几十千瓦,可以熔融焊接厚度超越40~100mm的金属板,在堕性气体隔绝维护下,或真空形态下,电子束可以处置铝合金,钛合金,镍基低温合金等。
电子束熔化成型由于电子束聚焦点直径较大,加工进程中热效应较强,构成零件精度无限,它能取得比精细铸造更准确的零件胚形,可以增加约70~80%机械加工的工时及本钱。
电子束是3D金属打印成型最快办法
中国从90年代末期取得大功率电子束技术后积极展开了丝束增材成型的研讨,2006年后正式成立电子束疾速成型研讨分部,在资料类型,疾速波动的熔融凝结,大型构造变形控制等方面获得停顿,目前,曾经能开端运用该技术消费飞机零件,并在一些重点型号的研制中得以使用。电子束疾速成型技术目前还有一些技术难点尚待进一步研讨,比方成型进程中废热高,金属构件中金相构造控制较为困难,特别是成型工夫长,先凝结的局部禁受的低温工夫长,对金属晶态生长控制困难,进而惹起大尺度构件应力复杂等等。
电子束成型对复杂腔体,改变体,薄壁腔体等成型效果不佳,他的成形点阵精度在毫米级,所以成型当前依然需求传统的精细机械加工,也需求传统的热处置,甚至锻造等等。
但电子束疾速成型速度快,是目前3D金属打印类打印速度最快的,可达15KG/小时,设备工业化成熟度高,根本可由货架产品组合,消费线构建本钱低,具有很强的工业普及根底,同时,电子束疾速成型设备同时还能具有一定的焊接才能和金属构件外表修复才能,使用前景普遍。在发起机范畴,目前美国和中国在电子束控制单晶金属近净构成型技术方面正积极研讨,一旦取得打破,传统的单晶涡轮叶片消费困难和消费本钱高的成绩将取得极大的改善,从而大大进步航空发起机的功能,并对发起机研制改良等提供了极大的助力。
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但电子束疾速成型速度快,是目前3D金属打印类打印速度最快的,可达15KG/小时,设备工业化成熟度高,根本可由货架产品组合,消费线构建本钱低,具有很强的工业普及根底,同时,电子束疾速成型设备同时还能具有一定的焊接才能和金属构件外表修复才能,使用前景普遍。在发起机范畴,目前美国和中国在电子束控制单晶金属近净构成型技术方面正积极研讨,一旦取得打破,传统的单晶涡轮叶片消费困难和消费本钱高的成绩将取得极大的改善,从而大大进步航空发起机的功能,并对发起机研制改良等提供了极大的助力。
在2013年北京科博会现场展现的由北京航空航天大学团队主导的飞机钛合金大型复杂全体构件激光疾速成型技术。