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中国创新钛合金3D打印后来居上

2021-08-18 来源:商丘机械信息网

中国创新 钛合金3D打印后来居上

2013年1月18日,国务院向“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”颁发国家技术发明奖一等奖。目前,这一技术在我国已经投入工业化制造,使我国成为继美国之后、世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形及技术的国家。

更加令人欣喜的是,在性能上,根据公开的材料表明,我国已经能够生产优于美国的激光成形钛合金构件。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且付诸实用的国家。

3D打印钛合金不容易

这种名为“激光立体成形(LaserAdditiveManufacturing)”的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。

3D打印技术可以追溯到1984年,CharlesHull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。

钛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。

然而,因为在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决,美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年,美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件,没有实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题,目前只能进行小尺寸钛合金部件的打印和钛合金零件表面修复。

中国钛合金3D打印后来居上

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著。

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。

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