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3D打印:两年变40天 费用省90%

2013-06-15 08:40
蓝林笑生
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  在飞机制造业上,每一架飞机有上万个铸造件,如果用快速模具的方法,也能加快飞机的研制周期。3D设备打印出原型还可用陶瓷来浇筑,能应用于航空领域的研究,比如发动机的叶片,由很多零件组装而成,组装的时候零件装配有间隙,就会影响叶片的使用,这种传统的方法制作合格率一般只有15%,如果采用快速模具制作法,先打印出一体化的叶片,再进行浇筑,合格率能达到85%。

  另外,如果在原型表层上喷涂一层合金或钢的金属,就可以制造比较精细的模具,为此他们还开发了喷涂机器人,可用于汽车车身的模具,“三个月生产了两款车的40多套汽车车身模具,大大加快了汽车的研发。”

  “这种应用就形成了产品快速开发的系统:用3D打印出模型,再快速进行模具制造,然后进行试装备,检测设计、外观有哪些不满意的地方,大大加快了产品开发的速度。”

  他介绍说,3D打印技术和传统技术相结合,不仅能建立快速开发的系统,还能建立快速制造的系统。在这种方式下,产品开发周期可以缩短为传统周期的三分之一到四分之一,费用也能降为30%至50%。

  两年变为40天费用省了90%

  北京航空航天大学材料科学与工程学院教授王华明,在3D技术用于航天航空领域的研究取得了重大突破,2012年度国家科技奖励大会上,王华明团队的成果荣获国家技术发明一等奖,我国也因此成为目前世界上唯一突破飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术、并实现装机应用的国家。

  王华明介绍说,从传统的大型钛合金结构件制造方法,如整体锻造、切削技术,到这种新型的激光直接制造技术,实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。过去,飞机钛合金结构件主要采用传统锻造和机械加工来制造,不仅耗时费力,光大型模具的加工就要用一年以上的时间,总花费更高达几十个亿,要动用几万吨级的水压机来工作,需要大量供电,甚至兴建电厂。尽管如此,复杂零件材料利用率还不足一成。

  相较于传统的大型钛合金结构件整体锻造,激光直接制造是用高功率的激光束对粉末丝材进行熔化,往上堆积,实现材料逐层添加,直接根据构件的CAD模型一次加工成形。

  2009年,王华明团队利用激光快速成形技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框。当时如果找国外公司订购,至少要等2年以上,而且模具费1300万元,后来他们采用3D技术,2009年9月10日接到零件数模,10月20日,交付装机,共计40天时间,而且零件成本不及模具的1/10;2010年,再次利用激光直接制造C919中央翼根肋,传统锻件毛坯重达1607千克,而利用激光成形技术制造的精坯重量仅为136千克,节省了91.5%的材料,并且经过性能测试,其性能比传统锻件还要好。

  另外,他们还打印出了迄今世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套设备,其零件激光融化沉积真空腔尺寸达4米×3米×2米。

  王华明认为,大型钛合金结构件激光直接制造技术确实是一种带有变革性的,短流程、低成本的数字化制造技术,其被国内外公认为是对飞机、发动机、燃气轮机等重大工业装备研制与生产具有重要影响的核心关键制造技术之一。

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