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中国钛合金3D打印技术的发展史
宝鸡市中金有色金属有限公司    2017-11-28 23:13:40    文字:【】【】【
是一种密度只有钢铁的一半,强度却远胜于绝大多数合金的材料,被广泛用于航天航空业。美国是最早开发钛合金3D打印技术的国家。1985年,美国就在国防部的主导下秘密开始了钛合金激光成形技术的研究,并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术,并在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机试验。3D打印技术可以追溯到1984年,最早开发出从数字数据打印出3D物体的技术并在2年后开发出第一台商业3D印刷机。随后在整个90年代不断完善了其基本技术和规范,并在21世纪出投入了应用。3D打印技术通过激光融化金属粉末,几乎可以“打印”任何形状的产品。其最大的特点是,使用的材料为金属,“打印”的产品具有极高的力学性能,能满足航空航天、模具、汽车、医学、齿科、工艺品等不同行业的需求。
  我国的钛合金激光成形技术起步较晚,直到1995年美国解密其研发计划3年才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习,在全国多所大学和研究所设立实验室进行研究。其中,中航激光技术团队取得的成就最为显着。早在2000年前后,中航激光技术团队就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发,在国家特别是军方资金的持续支持下,经过数年研发,解决了“惰性气体保护系统”、“热应力离散”、“缺陷控制”、“晶格生长控制”等多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4m量级、性能满足主承力结构要求的产品,具有了商业应用价值。
  目前,我国已经具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力,并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造并且装机工程应用的国家。传统的钛合金零件制造主要依靠铸造和锻造。其中铸造零件易于大尺寸制造,但重量较大且无法加工成精细的形状。锻造切削虽然精度较好,美国F-22战机的主要承力部件便是大型铸造钛合金框。由于钛合金重量轻,强度高,钛合金构件在航空领域有着广泛的应用前景。目前,先进战机上的钛合金构件所占比例已经超过20%。激光钛合金成形技术则完全解决了这一系列难题,由于采用叠加技术,它节约了90%十分昂贵的原材料,加之不需要制造专用的模具,原本相当于材料成本1~2倍的加工费用现在只需要原来的10%。加工1吨重量的钛合金复杂结构件,粗略估计,传统工艺的成本大约是2500万元,而激光3D焊接快速成型技术的成本仅130万元左右,其成本仅是传统工艺的5%。但是零件制造浪费严重,原料的95%都会被作为废料切掉,而且锻造钛合金的尺寸受到严格的限制:3万吨大型水压机只能锻造不超过0.8平方米的零件,即使世界上最大的8万吨水压机,锻造的零件尺寸也不能超过4.5平方米。而且这两种技术都无法制造复杂的钛合金构件,而焊接则会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。
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