3D打印技术对于航空发展事业的影响

3D打印技术对于航空发展事业的影响

2020-11-06 11:24:52 62

航天装备的关键部件通常具有复杂的形状和内部结构,而3D打印技术具有加工过程不受零件复杂程度限制的特点,可以完成传统制造工艺(如铸造、锻造等)所不能完成的加工任务。)不胜任。

3D打印技术,尤其是金属直接快速成型技术之所以成为航空航天领域的应用热点,是因为其应用优势主要体现在以下几个方面:

由于工作环境的特殊性,航天设备零部件通常对材料的性能和成分有严格甚至苛刻的要求,广泛适用于各种高性能难加工材料,而3D打印技术可以方便地加工高熔点、高硬度的高温合金、钛合金等难加工材料。

3D打印工艺的材料利用率非常高,可以节省制造航天设备零部件所需的昂贵原材料,显著降低制造成本。

3D打印工艺制造速度快,成型件只需少量后续加工,可显著缩短零件生产周期,满足航天产品快速响应的要求。

金属零件在直接成形过程中的快速凝固特性可以提高零件的力学性能和耐腐蚀性。与传统制造工艺相比,成型零件的强度可以大大提高,而不损失塑性。

成型过程不需要特殊的模具、工具和夹具,CAM赋予3D打印良好的设计灵活性和加工灵活性。

3D打印技术可以实现单个零件中材料成分的实时连续变化,使零件的不同部位具有不同的成分和性能,是制造异质材料(如功能梯度材料、复合材料等)的最佳技术。

三维打印技术除了可以直接快速制造复杂零件外,还可以用于航空航天设备零件的快速修复。在航天领域,许多主要设备都很昂贵。如果工作中零件损坏或尺寸性能不符合要求,会造成很大的经济损失。在这种情况下,可以使用3D打印的制造工艺来修复处理不当或损坏的零件,从而延长设备的使用寿命。

3D打印航空制造领域锻造行业发展方向。

锻造技术在航空制造领域应用多年,主要用于制造飞机和发动机在交变载荷和集中载荷下的关键和重要零件。飞机上锻件制成的零件重量约占机体结构重量的20%~35%,占发动机结构重量的30%~45%,是决定飞机和发动机性能、可靠性、寿命和经济性的重要因素之一。锻造技术的发展在航空制造业中起着重要的作用。

金属3D打印技术具有突出的特点,即无模具自由近净成形、全数字化、高柔性,打印出的零件材料均致密,无宏观裂纹和缩孔,性能高。利用LSF(激光固态成形技术,属于金属3D打印技术)制造航空盘类零件,其材料利用率高达2/3,远高于锻造和铸造,而设计修改时间、加工周期、修复率和成本都很低。LSF技术制造的TI6AL4V、316L不锈钢和INCONEL625合金的拉伸性能优于锻件。

在航空制造领域,目前的金属3D打印技术虽然不能广泛应用于高端装备的制造,但可以在小范围内有所作为,比如飞机结构件的一体化制造(翼身一体化)、重大装备大型锻件的制造(核电锻件)、难加工材料和零件的成形、高端零件的修复(叶片和壳体的修复),这些都是传统锻造技术无法实现的。

对于航空锻造行业,应适当引入金属3D打印技术,通过互补协同开发,解决军用多品种小批量产品锻造成本高的问题,快速解决模型开发和客户个性化设计需求的迫切技术问题。AVIC重型机械与北京航空航天大学合作成立AVIC天地激光科技有限公司,引进金属3D打印技术。在航空领域,许多金属3D打印产品已经应用到新型航空航天产品中,节约了成本,提高了锻造行业的核心竞争力。

材料利用率高,制造周期短,结构复杂,力学性能高,多种材料随机复合,满足零部件不同部位的要求,对紧急研究任务反应迅速。金属3D打印技术在航空制造领域具有明显优势。

金属3D打印技术在航空制造中的广泛应用还有很长的路要走,但可以用来制造批量小、形状复杂、材料昂贵、常规方法无法加工的零件。


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