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增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

2019年9月19-21日,IAME中国(西安)国际3D打印博览会暨高峰论坛将在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造(3D打印)科技创新的开放合作共享交流平台,汇聚全球顶尖的增材制造(3D打印)领域成果及人才,促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体,到西安现场全程报道。

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

△李广生经理做“金属增材制造在航空航天领域的应用”报告

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

在会场上,南极熊听取鑫精合激光科技发展(北京)有限公司创始人兼总经理李广生的报告——“金属增材制造在航空航天领域的应用”。鑫精合是国内少有能综合把传统工艺和增材制造技术融会贯通的企业,其应用经验很有推广价值。

鑫精合李广生认为,增材制造技术在航空航天领域的应用,总体上可以说是有四大新的趋势和特点:

· 促进设计思想的革命——支撑全新的设计理念;

· 低成本“混合制造”;

· 快速反应、敏捷制造;

· 缺损零件的智能修复。

鑫精合金属增材制造业务发展方向

①大型整体结构件制造

增材制造能够解决难加工金属(钛合金、高温合金、超高强度钢等)大型关键构件传统生产流程长、制造难度大的缺点,实现大型复杂结构件的近净成形,简化制造工艺,缩短生产周期和成本。

②精密复杂结构件制造

增材制造突破传统加工技术带来的设计约束,带来设计方面革命性的变化,优化结构,减轻结构重量,实现精密复杂结构件的制造,降低加工成本。

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

③混合制造

通过增材制造技术改造提升传统制造技术,实现混合制造。将增材制造技术成形成形复杂结构、近净成形的优点与传统制造技术高效、低成本的优势结合起来,形成最佳的制造策略。

④新材料开发

为满足航空航天更多材料的巨大打印需求,在目前可打印材料的基础上,加速开展更多材料的增材制造技术研究,如新型钛合金、高温合金等。

应用案例增材制造技术在航空航天领域的相关应用案例包括

· 促进设计思想的革命——支撑全新的设计理念。在“等应力”设计中,软件可根据所受载荷条件自动生成各截面应力均衡的结构,无应力集中,但结构形式十分复杂,传统方法难以制造,通过增材制造很容易实现。

· 能够制造过去没有的新型结构,促进结构设计创新,例如空间点阵夹芯结构——具有结构轻、刚性好,散热好等特点。

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

· 利用增材制造技术研制新一代航空发动机超冷涡轮叶片,能够实现钛合金、镍基合金甚至陶瓷基材料任意复杂的流道及气膜冷却孔的直接制造,从而大大提高耐高温性能。

· 利用“增材”的特点,可将由多个零件连接而成的装配组件变成单件整体结构,从而实现结构效率最优化。

· 混合制造:以增材制造技术为核心,以多种工艺组合的方法,在满足使用功能的前提下,最大限度提高效率、降低成本。

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

△Lockheed Martin公司选定F-35飞机钛合金翼梁

· 用电子束熔丝沉积混合制造技术替代锻件,预计零件成本可降低30~60%,单件可节省100万美元;已在2013年初进行了装机飞行测试。

· 增材制造技术无需预投工装模具、加工柔性好,反应敏捷,可即时调整制造方案,实现快速响应制造。

· 增材制造技术可以对高价值零件进行修复,挽救因误加工或使用中损伤的零件,如发动机叶片、整体叶盘、框梁等。

技术对比

增材制造在航空航天领域应用的4大趋势

整体来说,3D打印是制造技术大家庭的一名新成员,同传统制造技术相互补充,但也有其特点:

· 一种变革性的制造新技术:发展潜力巨大;

· 性能、精度、效率、成本、智能化是技术发展的方向(结构设计/高性能材料制备/复杂构件制造一体化)。

不同的金属3D打印技术工艺,适用范围有所不同:

· 金属选区熔化,适合小型超复杂整体构件;

· 激光同轴送粉,适合大型高性能整体构件/修复;

· 电弧送丝技术,适合大型高性能整体构件(前景广阔,鑫精合也在研发中)。

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