鈦合金增材制造技術(shù)的分析和未來趨勢(shì)

增材制造技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)，其發(fā)展的基礎(chǔ)是高能量熱熔覆技術(shù)和快速原型技術(shù)，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，不用經(jīng)過各種刀具的切割和多種繁雜工序的加工，大大縮減了加工時(shí)間，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，其加工過程和制造精度更高。

目前鈦合金產(chǎn)品已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，這些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、品種多、批量小且性能要求高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造技術(shù)無法滿足這些產(chǎn)品要求，而增材制造技術(shù)能夠滿足鈦合金產(chǎn)品制造技術(shù)和性能要求，因而得到廣泛應(yīng)用。

一、增材制造技術(shù)概述
增材制造技術(shù)主要是通過計(jì)算機(jī)中生成零件的三維CAD模型，根據(jù)模型的尺寸數(shù)據(jù)采用激光熔覆的方式將零件的材料通過噴墨的形式逐層堆積起來形成立體零件的技術(shù)。增材制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適用范圍廣，可根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)零件三維圖的不同隨時(shí)改變制造零件的結(jié)構(gòu)、品種等，對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料活性高、要求純度高的金屬零件的制造特別適用。

增材制造技術(shù)使用的原材料主要有金屬和非金屬兩大類，同時(shí)在原材料中還添加其他材料進(jìn)行燒結(jié)、固化和熱熔覆。按照添加材料的不同增材制造技術(shù)可以分為：快速原型制造技術(shù)和高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)。

與傳統(tǒng)的切削加工相比，增材制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬材料零件制作過程的一步完成，其制造的過程是根據(jù)零件的三維CAD圖進(jìn)行的，因此與實(shí)際要求零件的尺寸精度相接近，后續(xù)的加工余量小，材料的利用率和生產(chǎn)效率都大幅的提高了。在使用增材制造技術(shù)的時(shí)候不需要大型的設(shè)備，可以為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約資源，同時(shí)制造時(shí)間短，具有較高的柔性可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變化隨時(shí)改變。

二、鈦合金增材制造技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
（一）鈦合金增材制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀

隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，世界各國(guó)都在積極地對(duì)鈦合金增材制造技術(shù)進(jìn)研究，以期鈦合金增材制造技術(shù)能夠在多方面得到應(yīng)用。根據(jù)近幾年的研究現(xiàn)在應(yīng)用于鈦合金零件加工中的生產(chǎn)工藝有激光選區(qū)熔化成形技術(shù)、電子束熔絲成形技術(shù)、激光立體成形技術(shù)和電子束選取熔化成形技術(shù)。

（二）鈦合金增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
增材制造技術(shù)最早于2001年開始應(yīng)用于美國(guó)的艦載殲擊機(jī)中，通過鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)出飛機(jī)的承力結(jié)構(gòu)件并應(yīng)用于航空生產(chǎn)。2011年英國(guó)的南安普頓大學(xué)通過增材制造技術(shù)生產(chǎn)出包括無人機(jī)的機(jī)翼、控制面板和艙門的整體框架。2012年之后，鈦合金增材制造技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用取得前所未有的發(fā)展，鈦合金零件不僅在飛機(jī)制造中得到廣泛的應(yīng)用，而且新型的鈦合金材料開始在火箭、航天飛機(jī)等航天設(shè)備中得到應(yīng)用，鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的零件極大的減少了航天設(shè)備之間的焊縫數(shù)量，由于鈦合金的強(qiáng)度更高，使得航天設(shè)備的安全性大大提高。

我國(guó)相關(guān)部門和科研院校也不斷的對(duì)鈦合金增材制造技術(shù)進(jìn)行研究，現(xiàn)在已經(jīng)在航空領(lǐng)域得到應(yīng)用。我國(guó)運(yùn)用鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的飛機(jī)機(jī)翼和主承力構(gòu)件達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)要求并應(yīng)用于飛機(jī)制造。2013年北京航空航天大學(xué)通過鈦合金增材制造技術(shù)制造出了鈦合金飛機(jī)主承力構(gòu)件，通過了技術(shù)驗(yàn)證且進(jìn)行裝機(jī)評(píng)審，這使我國(guó)成為世界上首個(gè)掌握鈦合金飛機(jī)主承力構(gòu)件設(shè)計(jì)制造的國(guó)家，標(biāo)志著我國(guó)的鈦合金增材制造技術(shù)進(jìn)入世界的領(lǐng)先地位。

（三）鈦合金增材制造技術(shù)在在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用
在國(guó)防武器生產(chǎn)的過程中，對(duì)武器的材料性能要求較高，零件的精密度也有較高的要求。美國(guó)海軍正在研究將增材制造技術(shù)設(shè)計(jì)到航空母艦上，將航母作為一個(gè)大型的武器生產(chǎn)工廠，根據(jù)需要和要求生產(chǎn)所需武器設(shè)備。同時(shí)美國(guó)的陸軍也在研發(fā)“移動(dòng)零件醫(yī)院”實(shí)現(xiàn)武器零件的快速修復(fù)和快速生產(chǎn)，滿足戰(zhàn)場(chǎng)的需要。我國(guó)也正在加緊鈦合金增材制造技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用的研究，實(shí)現(xiàn)武器生產(chǎn)的快速化和精密化，推動(dòng)我國(guó)國(guó)防技術(shù)發(fā)展。


（四）鈦合金增材制造技術(shù)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用
現(xiàn)代醫(yī)療中，鈦合金技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，如人工關(guān)節(jié)。隨著醫(yī)療水平的提高，人們對(duì)于人工關(guān)節(jié)或者其他的復(fù)合材料在身體中的應(yīng)用也提出更高要求，這些應(yīng)用于人體的材料應(yīng)有更好的接觸性和相容性，同時(shí)還應(yīng)完成相應(yīng)的功能。鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的人工關(guān)節(jié)確保關(guān)節(jié)具有良好的耐磨界面，同時(shí)能夠很好地與骨組織進(jìn)行容和，提高人工關(guān)節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。

三、鈦合金增材制造技術(shù)應(yīng)用前景分析
隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，鈦合金增材制造技術(shù)會(huì)在工程材料的各個(gè)方面得到應(yīng)用。鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金完全可以替換傳統(tǒng)鈦合金材料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國(guó)防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金增材制造技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。鈦合金增材制造技術(shù)才剛開始，他的發(fā)展還需要不斷改進(jìn)和完善，需要科研院校和機(jī)構(gòu)的共同努力。鈦合金增材制造技術(shù)必向著生產(chǎn)復(fù)雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發(fā)展。同時(shí)，增材制造技術(shù)也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速化，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，大力提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。

來源：寶雞鈦產(chǎn)業(yè)研究院