3D打印,學名為增材制造,是基于離散——堆積原理,采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術。目前最適用于高復雜度結構、極小批量航空航天等產業(yè),被國內外公認為是對飛機、發(fā)動機等重大工業(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。
增材制造:在工件上激光沉積焊接
3D打印同時也被稱為激光快速成型,是一種新興制造技術。3D打印機可將電腦上的設計圖轉化為實物,將材料層層疊加直至取得成品。從金屬制造和加工業(yè)來說,3D打印基本原理是將零件數字化模型進行空間網格化,通過像素化分解成為一個個空間點陣,然后利用金屬微量熔融或燒結的沉積技術,將零件一層層堆積而成,它的成型原理類似于目前普遍使用的激光打印機,只是普通的激光打印機所打印的是平面圖形,而3D打印則是通過累計一層一層的打印圖形形成空間三維構型實體。
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墨爾本市舉行的阿瓦隆國際航空展上,澳大利亞研究人員發(fā)布了世界首款3D打印噴氣式飛機引擎
航空工業(yè)應用的3D打印主要集中在鈦合金,鋁鋰合金,超高強度鋼,高溫合金等材料方面,這些材料基本都是強度高,化學性質穩(wěn)定,不易成型加工,傳統(tǒng)加工工藝成本高昂的類型。 目前的3D打印技術通常分為4類,包括固化成形技術、疊層實體制造技術、熔融沉積造型技術和激光燒結技術。航空制造領域最前沿的3D打印技術當屬高性能金屬構件激光成型技術,該技術是以合金粉末為原料,通過激光熔化逐層堆積,從零件數模一步完成高性能大型復雜構件的成型。其優(yōu)勢在于能夠制造出采用傳統(tǒng)鑄造和機械加工方法難以獲得的復雜結構件,且很少或幾乎沒有材料浪費。
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中船重工第七O五研究所試制完成金屬直接燒結快速成型技術(DMLS)首臺樣機,成為世界上第四家掌握該技術的企業(yè)
直接金屬激光燒結成型技術(Direct Metal Laser-Sintering,縮寫DMLS)是3D打印技術領域王冠上的明珠。該技術因為直接用高能量的激光熔融金屬粉末沉積,同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊,以生成致密的幾何形狀的實體零件。而金屬本身是致密體重熔,不易產生粉末冶金那樣的成形時的空穴,結構件致密度可達99%以上,接近鍛造的材料胚體。 通過選用不同的燒結材料和調節(jié)工藝參數,可以生成性能差異變化很大的零件,從具有多孔性的透氣鋼,到耐腐蝕的不銹鋼再到組織致密的模具鋼。采用DMLS技術甚至能夠直接制造出非常復雜的零件,避免了采用銑削和放電加工,為設計提供了更寬的自由度。
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第十屆珠海航展上一個通過3D打印技術修復的受損戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機葉片
在2014年11月舉辦的第十屆珠海航展上,西安鉑力特激光成形技術有限公司參展。在展品中,筆者看到一個受損的戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機葉片。據了解,這塊葉片是戰(zhàn)斗機在使用過程中造成損壞,由西安鉑力特使用3D打印技術進行了修復,實現(xiàn)了損壞零部件的修復再利用。還有一件展品就是C919客機緣條零件,該零件是首次在航展上曝光,作為大型客機的承重部件,已經能夠使用國產的3D打印技術制造。
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