金屬3D打印技術在航空領域的發展與應用(2)
時間：2017-03-06 20:18 來源：3D科學谷 作者：中國3D打印網 閱讀：次
激光直接沉積增材成形
激光直接沉積技術是在快速原型技術和激光熔覆技術的基礎上發展起來的一種先進制造技術。該技術是基于離散/ 堆積原理，通過對零件的三維CAD 模型進行分層處理，獲得各層截面的二維輪廓信息并生成加工路徑，在惰性氣體保護環境中，以高能量密度的激光作為熱源，按照預定的加工路徑，將同步送進的粉末或絲材逐層熔化堆積，從而實現金屬零件的直接制造與修復。
激光直接沉積技術的特點如下：（1）無需模具；（2）適于難加工金屬材料制備；（3）精度較高，可實現復雜零件近凈成形；（4）內部組織細小均勻，力學性能優異；（5）可制備梯度材料；（6）可實現損傷零件的快速修復；（7）加工柔性高，能夠實現多品種、變批量零件制造的快速轉換。
在我國，西安鉑力特的LSF設備就是這類技術的代表。除此之外，典型企業還有美國的OPTOMEC公司，法國BeAM公司，德國通快以及專為CNC機床公司提供增材制造包的HYBRID公司。
激光直接沉積技術是20世紀90 年代首先從美國發展起來的。1995 年，美國Sandia 國家實驗室開發出了直接由激光束逐層熔化金屬粉末來制造致密金屬零件的快速近凈成形技術。此后，Sandia 國家實驗室利用LENS 技術針對鎳基高溫合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼、工具鋼、鎢等多種金屬材料開展了大量的成形工藝研究。1997 年，Optomec Design 公司獲得了LENS 技術的商用化許可，推出了激光直接沉積成套裝備。1995 年，美國國防部高級研究計劃署和海軍研究所聯合出資，由約翰霍普金斯大學、賓州州立大學和MTS 公司共同開發一項名為“鈦合金的柔性制造技術”的項目，目標是利用大功率CO2 激光器實現大尺寸鈦合金零件的制造。基于這一項目的研究成果，1997 年MTS 公司出資與約翰霍普金斯大學、賓州州立大學合作成立了AeroMet 公司。為了提高沉積效率并生產大型鈦合金零件，AeroMet 公司采用14~18kW 大功率CO2 激光器和3.0m×3.0m×1.2m大型加工艙室，Ti-6Al-4V合金的沉積速率達1~2kg/h。AeroMet 公司獲得了美國軍方及三大美國軍機制造商波音、洛克希德·馬丁、格魯曼公司的資助，開展了飛機機身鈦合金結構件的激光直接沉積技術研究，先后完成了激光直接沉積鈦合金結構件的性能考核和技術標準制定，并于2002 年在世界上率先實現激光直接沉積Ti-6Al-4V 鈦合金次承力構件在F/A-18 等飛機上的裝機應用。
自“十五”開始，在國家自然科學基金委員會、國家863 計劃、國家973 計劃、總裝預研計劃等國家主要科技研究計劃資助下，北京航空航天大學、西北工業大學、中航工業北京航空制造工程研究所等國內多個研究機構開展了激光直接沉積工藝研究、力學性能控制、成套裝備研發及工程應用關鍵技術攻關，并取得了較大進展。
C919大客翼身組合體大部段中的關鍵零部件鈦合金上、下翼緣條是由西安鉑力特激光成形技術有限公司使用金屬增材制造技術（3D打印）所制造，上、下翼緣條中最大尺寸3070mm，最大重量196kg的左上緣條，僅用25天即完成交付，大大縮短了航空關鍵零部件的研發周期，實現了航空核心制造技術上一次新的突破。
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