中国3D钛合金打印技术世界领先 保障国产四代机

http://mil.chinaiiss.com/html/20157/24/a7bbac.html

3D打印技术作为当今世界工业生产中一项新兴技术，正在被全世界各个顶尖工业大国所重视，纷纷抢占这项未来技术的制高点，中国于2007年左右就开始重点立项对其进行研究，到如今成绩斐然，有消息称中国的歼-20和歼-31等第四代战机都采用了3D打印的飞机部件。而在2013年，中国大飞机运-20设计师唐长红和中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪也在不同场合下透露其负责的新机项目中“钛合金3D打印技术已用于新机研制”。

能够如同打印机一样把3D部件直接打印出来直接使用而不是再经过复杂的车床加工，这如同梦幻般的科技到底是什么样子，且听笔者慢慢道来。

3D打印采用如果传统的打印机那样，先将一个3D模型的每个层面打印出来，然后利用特殊胶水粘合每个面，组成一个立体模型。

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

要完成一件模型的打印，首先要做的是这件产品的3D模型，模型必须被精确的分为每个层面，以方边打印各个层，每个层面的的3D模型分辨率越高，则打印出来的产品精度越高，模型做好后，就开始了激光打印。


典型的激光打印技术SLS（选择性激光烧结）的原理如下：
　　
工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

目前，北京航空航天大学材料学院王华明教授是国内激光成型技术的领军人物。王其提出的“激光熔覆多元多相过渡金属硅 化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料”技术，使得我国研制出迄今世界最大、拥有核心关键技术的飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形工程化成套装备，制造出中国最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件，并通过装机评审。我国成为目前世界上唯一掌握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，比美国和俄罗斯的发展进度还快。


中国3D钛合金打印技术世界领先，全力保障国产四代机众所知周，航空发动机对于材料和组件加工精度的要求极高，直接影响到航空发动机的使用寿命和推重比，目前高推比航空发动机中钛合金用量达25%~40%，而使用了精确的3D数字模型构建技术和3D打印技术后，将能够运用计算机对发动机元件的尺寸，温度，强度进行精确调控，生产出性能优异的航空发动机叶片等核心部件，这一技术突破将助力我国航空发动机工业取得历史性突破。使我国实现发动机生产上的历史性跨越，解决中国航空工业的“心脏病”问题。


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3D打印技术作为当今世界工业生产中一项新兴技术，正在被全世界各个顶尖工业大国所重视，纷纷抢占这项未来技术的制高点，中国于2007年左右就开始重点立项对其进行研究，到如今成绩斐然，有消息称中国的歼-20和歼-31等第四代战机都采用了3D打印的飞机部件。而在2013年，中国大飞机运-20设计师唐长红和中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪也在不同场合下透露其负责的新机项目中“钛合金3D打印技术已用于新机研制”。

能够如同打印机一样把3D部件直接打印出来直接使用而不是再经过复杂的车床加工，这如同梦幻般的科技到底是什么样子，且听笔者慢慢道来。

3D打印采用如果传统的打印机那样，先将一个3D模型的每个层面打印出来，然后利用特殊胶水粘合每个面，组成一个立体模型。

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

要完成一件模型的打印，首先要做的是这件产品的3D模型，模型必须被精确的分为每个层面，以方边打印各个层，每个层面的的3D模型分辨率越高，则打印出来的产品精度越高，模型做好后，就开始了激光打印。


典型的激光打印技术SLS（选择性激光烧结）的原理如下：
　　
工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

目前，北京航空航天大学材料学院王华明教授是国内激光成型技术的领军人物。王其提出的“激光熔覆多元多相过渡金属硅 化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料”技术，使得我国研制出迄今世界最大、拥有核心关键技术的飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形工程化成套装备，制造出中国最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件，并通过装机评审。我国成为目前世界上唯一掌握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，比美国和俄罗斯的发展进度还快。


中国3D钛合金打印技术世界领先，全力保障国产四代机众所知周，航空发动机对于材料和组件加工精度的要求极高，直接影响到航空发动机的使用寿命和推重比，目前高推比航空发动机中钛合金用量达25%~40%，而使用了精确的3D数字模型构建技术和3D打印技术后，将能够运用计算机对发动机元件的尺寸，温度，强度进行精确调控，生产出性能优异的航空发动机叶片等核心部件，这一技术突破将助力我国航空发动机工业取得历史性突破。使我国实现发动机生产上的历史性跨越，解决中国航空工业的“心脏病”问题。