我國研製世界最大激(jī)光3D打印裝備

點擊量:560 發布時間:2017-01-25 作者(zhě):快猫视频APP下载安装(上海)增材(cái)製造技術有限公(gōng)司
增(zēng)材製造是以數字模型為基礎,將材料逐層堆積製造出實體物品的新興製造技術,體現了信(xìn)息網絡技術與先進材料技術、數字製造技術的密切結合,是先進製造業的重要組成部分。
 
為落(luò)實國務院關於發展戰(zhàn)略性新興產業的決策(cè)部署,搶抓新一輪科技革命和產業變革的重大機遇,加快推(tuī)進我國增材製造(又稱“3D打印”)產業健康有序發展,工(gōng)信部、科技(jì)部提出了促進產業發展的措施,製定了國(guó)家“增材製造產業發展推進計劃(2015-2016年)”推進(jìn)計劃,其中對於金屬材料增(zēng)材製造工藝技術製定了具體方案和(hé)規劃,包括激光選區熔化(SLM)、激光近淨成形(LENS)、電子束選區熔化(EBSM)和電子束熔(róng)絲沉積(EBDM)。
 
目前,金屬材料增材(cái)製造技術已經(jīng)廣泛應用於航空航天複(fù)雜金屬構件、醫用植入物、金屬牙冠、航空航(háng)天大(dà)型金屬構件等(děng)領域(yù),經過多年的發展技術相對成(chéng)熟(shú),對於製造業創新提升具有重要作用,因此成為各國重點規劃領域。
 
 
我國造(zào)出世界最大金(jīn)屬零(líng)件高精度激光3D打印裝備
 
4月,由武漢光電國家實驗室完成的“大型金屬零件高(gāo)效激光(guāng)選區熔化增材製造關鍵技術與裝備(俗稱激光3D打印技術)”順利通過了湖北省科(kē)技廳成果鑒定。深度融合了信息技術和製造技術等特征的激光3D打印技術(shù),由4台激光器同時掃描,為目前世界上效率和(hé)尺寸(cùn)最大的(de)高(gāo)精度金屬零件激光3D打印裝備(bèi)。該裝備攻克了多重(chóng)技(jì)術難題,解決了航空航天複雜(zá)精密金屬零(líng)件在材料結構功能一體化及減重等“卡脖子”關鍵技術難題,實現了複雜金屬零件的高精度成形、提高(gāo)成形效率、縮短裝備(bèi)研製周期等目的。
 
隨著航空航天裝備不斷向輕(qīng)量化、高可靠(kào)性、長壽(shòu)命、低(dī)成本方向發展,一些關鍵金屬(shǔ)零件複雜程度越來越高,製造(zào)周期要求越(yuè)來越短,使得我國現有製造技術麵臨係列共性難題,如(rú)複雜薄壁精密零(líng)件結構-性能一體化製造技術,航空航天發動(dòng)機葉片、渦(wō)輪等複雜精密零件的成形技術等,嚴重製約了航空航(háng)天裝備技術水平的提高。
 
金屬零件的激(jī)光(guāng)3D打印技術是各種3D打印技術中難度係數最大也最受國內外關注(zhù)的(de)方向之一(yī)。其中基於自動鋪粉的激光(guāng)選區熔化成形(xíng)技(jì)術(Selective Laser Melting,SLM),主要特點是加工精度高、後續幾乎(hū)不需要機械(xiè)加工,可以製造各種複雜(zá)精密金屬零件,實現結構功(gōng)能一體化、輕量化,在航空航天領域有廣泛的應(yīng)用需求(qiú)。但是,成形效率低(dī)、成形尺寸有限是(shì)該類技術的發(fā)展瓶頸。此前,我國在SLM技術領域與國(guó)際先進水平相(xiàng)比有較大差距,大部分裝備依賴進口。
 
華中科(kē)技大學武(wǔ)漢光電國家實驗室教授曾曉雁領導的激光先(xiān)進製造(zào)研究團隊,在國家863和自然科學基金項目等資助下,經過十年的(de)長期努力(lì),在SLM成形理論、工藝和裝備等(děng)諸多(duō)方麵(miàn)取(qǔ)得了重要成果(guǒ),特別是突破了SLM成形難以高效(xiào)製備大(dà)尺寸(cùn)金屬零件等瓶頸。
 
項(xiàng)目率先在國際上提出並研製出成形體積為500×500×530mm3的4光(guāng)束大尺寸SLM增材製造裝備(bèi),它由4台500W光纖激光器、4台振鏡分(fèn)區同時掃描成形(xíng),成形效率(lǜ)和尺寸迄今為止(zhǐ)同類設(shè)備中世界最大。而此前,該裝備最多使用兩台光纖激光器,成形效率低。項目攻克了多光束無縫拚接、4象限加工重合區製造質量控製等(děng)眾多技術難題,實現了大型複雜(zá)金屬零件的高效率、高精度、高性能成形。先後自主研製出SLM係列多種裝備,並采用國產的鈦合金、不鏽鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金粉末(mò),實現了各種複雜精密零件的(de)成形,其關鍵技術指標與(yǔ)國外水平相當。首次在(zài)SLM裝備中引入雙向(xiàng)鋪(pù)粉(fěn)技術,其成形效率高出(chū)同類裝備的20-40%,標誌著我國自主研製的(de)SLM成形技術與裝(zhuāng)備達到了國際先進水平。已經有45種零(líng)件在20餘種航天型號研製中得到應(yīng)用,先後為航天發動機、運載火箭(jiàn)、衛星及導彈等裝備中6種型號20餘種產品進行了樣件研製(zhì),5種產(chǎn)品通過了熱試車,其中4種產品已(yǐ)經(jīng)定型。先後有多台SLM裝備被(bèi)航天科技集團三大總體研究院用於航天零件(jiàn)的研製與批產,所研製的零(líng)件(jiàn)不僅大大縮短了產品的研製周期(qī),簡化了工序,更(gèng)重(chóng)要的是將結構-功能(néng)一體化,獲得性能優良的、輕質的零件。
 
SLM技術成形精度高、性能好(hǎo)、且不需要工模具,屬於典型的數字化過程,目(mù)前在複雜精密金屬零件的成形中具有(yǒu)不可替代性,在精密機械、能源、電(diàn)子、石油化工、交通運輸等幾乎所有的高(gāo)端製造領域都具有(yǒu)廣闊的工業應用前(qián)景。
 
選擇性激光熔化技術的發展趨勢
 
目前我(wǒ)國正在大力發展飛(fēi)機製造業,選擇性激光熔化技術在飛機零件製(zhì)造上具有不可比擬的優勢(shì),不僅(jǐn)可以快速地生(shēng)產出小批量飛機零(líng)件,而且在產品開(kāi)發階段可大大縮短(duǎn)樣件加工時間(jiān),節省大量開(kāi)發費用。
 
通過以(yǐ)上的分析,SLM技術的優點總結如下:
 
(1)能將CAD模型直接製(zhì)成終端金(jīn)屬產品,隻需(xū)要簡單的後處理(lǐ)或表麵處理(lǐ)工藝。
 
(2)適合各種(zhǒng)複(fù)雜形狀的工件,尤其適合內(nèi)部有複雜異型結構(如空腔、三維網格(gé))、用傳統機械加工方法(fǎ)無法製造的複(fù)雜工件(jiàn)。
 
(3)能得到具有非平衡態過飽和固溶體及均勻細小金相組(zǔ)織(zhī)的實體,致密度幾乎能達到100%,SLM零件機械性能與(yǔ)鍛造(zào)工藝所得相當。
 
(4)使用具有高功率密度的激光器,以光斑(bān)很小的激光束加工(gōng)金屬(shǔ),使得加工出來的金屬零件具有很高的尺寸精度(達0.1mm)以及很好的表麵粗糙度值(Ra=30 u m~50um)。
 
(5)由於(yú)激光光斑直徑很小,因此能以較低的功率熔化高熔點金屬,使得用單一成分的金屬粉末來製造(zào)零件成為可能(néng),而且(qiě)可供(gòng)選用的金屬粉末種類也大大拓(tuò)展了。
 
(6)能采(cǎi)用(yòng)鈦粉、鎳基高溫合金(jīn)粉加工解決在航空航(háng)天中應用廣泛的、組織均勻的高溫合金零件複雜件加工難的問題;還(hái)能解決生物醫學上組分連續變化(huà)的梯度功能材料的加工問題。
 
由於SLM技術具有以上優點,它具有廣闊的應用前景和廣泛的應用範圍,如機械領域的工具及(jí)模(mó)具(微製造(zào)零件、微(wēi)器件、工具插件(jiàn)、模具等)、生物醫療領域的生物植入零件或替(tì)代零件(齒、脊椎骨等)、電子領域的散熱器件、航空航天領域的超輕結構(gòu)件以及梯度功能複合材料零件等。
 
特別是在航空航天領域,應用較多的是典型的多品種小批量生產過程,尤其是在其研發階段(duàn),SLM技術具有不可比(bǐ)擬的優勢(shì)。有些複雜的(de)工件,采用機(jī)加(jiā)工不但浪費時間,而且嚴重浪費材料,一(yī)些複雜結構甚至無法製造;鑄造能解決複雜結構的製造問題並(bìng)提高材料利用率,但鈦和鎳等(děng)特殊(shū)材料的鑄造工藝非常複雜,製件性能難以控製;鍛(duàn)造(zào)可有效(xiào)提高製件性(xìng)能,但需要昂貴的精密模具和大型的專用(yòng)裝備,製造成本很高。而采(cǎi)用(yòng)SLM方法則可以很方便、快捷(jié)地製造出這些複雜工件,在產(chǎn)品開發階段可以大大縮短樣件的加工生產(chǎn)時間,節省大量(liàng)的開(kāi)發費用。我國正在全力推進大飛機的研發工作,SLM技術(shù)將可以在其中發揮巨大的作用。
 
可以說,SLM技術代表了快(kuài)速製造領域的發展方向,運用該技術能(néng)直接成型高複雜結構、高尺寸精度、高表麵質量的致密金屬零件,減(jiǎn)少製造金(jīn)屬零件的工藝過程,為產品的設計(jì)、生產提供(gòng)更(gèng)加快捷的途徑(jìng),進而加快產品的市場響應(yīng)速度,更新產品的(de)設計理念和生產周期。SLM技術在未來(lái)將會得到更好、更快的發展(zhǎn)。但是,由於巨大的市場價值與商業機密,目前SLM技術的發展(zhǎn)與推廣還存在一些問題。主要是SLM設(shè)備十分昂(áng)貴,工作效率低;並且由於大工作台範圍內的預熱溫度場難以(yǐ)控製(zhì),工藝軟件不完善(shàn),製件翹曲變形大,因而無法直接製作大尺(chǐ)寸零件,目前還隻能(néng)製作一些尺(chǐ)寸較小的工件。隻有解決以(yǐ)上問題,研發出可靠性和技術指標達到國(guó)際先進水平、價格低廉、具有自主知識(shí)產權的SLM設備、成(chéng)型材料和配套的工藝路線等,才能在我(wǒ)國推廣這項技術。
上一篇(piān):天生不懼熱,性能持久強:3D打印原材料——高溫合金粉末
下一篇:先進高溫合金(jīn)製備工藝
  • 微信二維碼
  • 快猫视频APP下载安装_快猫黄色网站下载_快猫视频成人网址_快猫视频破解版污污污