鈦合金增材制造技術(shù)的分析和未來(lái)趨勢(shì)

魔猴君  行業(yè)資訊   2188天前

3D打印技術(shù)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始出現(xiàn)，其發(fā)展的基礎(chǔ)是高能量熱熔覆技術(shù)和快速原型技術(shù)，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，不用經(jīng)過(guò)各種刀具的切割和多種繁雜工序的加工，大大縮減了加工時(shí)間，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件，其加工過(guò)程和制造精度更高。 目前鈦合金產(chǎn)品已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，這些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、品種多、批量小且性能要求高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造技術(shù)沒(méi)有辦法滿(mǎn)足這些產(chǎn)品要求，而3D打印技術(shù)能夠滿(mǎn)足鈦合金產(chǎn)品制造技術(shù)和性能要求，因而得到廣泛應(yīng)用。

一、3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)中生成部件的三維CAD模型，根據(jù)模型的尺寸數(shù)據(jù)采用激光熔覆的方式將部件的材料通過(guò)噴墨的形式逐層堆積起來(lái)形成立體部件的技術(shù)。3D打印工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適用范圍廣，可根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)部件三維圖的不同隨時(shí)改變制造部件的結(jié)構(gòu)、品種等，對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料活性高、要求純度高的金屬部件的制造特別適用。 3D打印技術(shù)使用的原材料主要有金屬和非金屬兩大類(lèi)，同時(shí)在原材料中還添加其他材料進(jìn)行燒結(jié)、固化和熱熔覆。按照添加材料的不同3D打印技術(shù)可以分為：快速原型制造技術(shù)和高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)。 與傳統(tǒng)的切削加工相比，3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬材料部件制作過(guò)程的一步完成，其制造的過(guò)程是根據(jù)部件的三維CAD圖進(jìn)行的，因此與實(shí)際要求部件的尺寸精度相接近，后續(xù)的加工余量小，材料的利用率和生產(chǎn)效率都大幅的提高了。在使用3D打印技術(shù)的時(shí)候不需要大型的設(shè)備，可以為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約資源，同時(shí)制造時(shí)間短，具有較高的柔性可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變化隨時(shí)改變。

二、鈦合金3D打印技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）鈦合金3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，世界各國(guó)都在積極地對(duì)鈦合金3D打印技術(shù)進(jìn)研究，以期鈦合金3D打印技術(shù)能夠在多方面得到應(yīng)用。根據(jù)近幾年的研究現(xiàn)在應(yīng)用于鈦合金部件加工中的生產(chǎn)工藝有激光選區(qū)熔化成形技術(shù)、電子束熔絲成形技術(shù)、激光立體成形技術(shù)和電子束選取熔化成形技術(shù)。

（二）鈦合金3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

據(jù)魔猴網(wǎng)了解，3D打印技術(shù)最早于2001年開(kāi)始應(yīng)用于美國(guó)的艦載殲擊機(jī)中，通過(guò)鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)出飛機(jī)的承力結(jié)構(gòu)件并應(yīng)用于航空生產(chǎn)。2011年英國(guó)的南安普頓大學(xué)通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)出包括無(wú)人機(jī)的機(jī)翼、控制面板和艙門(mén)的整體框架。2012年之后，鈦合金3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用取得前所未有的發(fā)展，鈦合金部件不僅在飛機(jī)制造中得到廣泛的應(yīng)用，并且新型的鈦合金材料開(kāi)始在火箭、航天飛機(jī)等航天設(shè)備中得到應(yīng)用，鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的部件極大的減少了航天設(shè)備之間的焊縫數(shù)量，由于鈦合金的強(qiáng)度更高，使得航天設(shè)備的安全性大大提高。 我國(guó)相關(guān)部門(mén)和科研院校也不斷的對(duì)鈦合金3D打印技術(shù)進(jìn)行研究，現(xiàn)在已經(jīng)在航空領(lǐng)域得到應(yīng)用。我國(guó)運(yùn)用鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的飛機(jī)機(jī)翼和主承力構(gòu)件達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)要求并應(yīng)用于飛機(jī)制造。2013年北京航空航天大學(xué)通過(guò)鈦合金3D打印技術(shù)制造出了鈦合金飛機(jī)主承力構(gòu)件，通過(guò)了技術(shù)驗(yàn)證且進(jìn)行裝機(jī)評(píng)審，這使我國(guó)成為世界上首個(gè)掌握鈦合金飛機(jī)主承力構(gòu)件設(shè)計(jì)制造的國(guó)家，標(biāo)志著我國(guó)的鈦合金3D打印技術(shù)進(jìn)入世界的領(lǐng)先地位。

（三）鈦合金3D打印技術(shù)在在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用

在國(guó)防武器生產(chǎn)的過(guò)程中，對(duì)武器的材料性能要求較高，部件的精比重也有較高的要求。美國(guó)海軍正在研究將3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)到航空母艦上，將航母作為一個(gè)大型的武器生產(chǎn)工廠，根據(jù)需要和要求生產(chǎn)所需武器設(shè)備。同時(shí)美國(guó)的陸軍也在研發(fā)“移動(dòng)部件醫(yī)院”實(shí)現(xiàn)武器部件的快速修復(fù)和快速生產(chǎn)，滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)的需要。我國(guó)也正在加緊鈦合金3D打印技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用的研究，實(shí)現(xiàn)武器生產(chǎn)的快速化和精密化，推動(dòng)我國(guó)國(guó)防技術(shù)發(fā)展。

（四）鈦合金3D打印技術(shù)在醫(yī)療器具中的應(yīng)用

現(xiàn)代醫(yī)療中，鈦合金技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，如人工關(guān)節(jié)。隨著醫(yī)療水平的提高，人們對(duì)于人工關(guān)節(jié)或者其他的復(fù)合材料在身體中的應(yīng)用也提出更高要求，這些應(yīng)用于人體的材料應(yīng)有更好的接觸性和相容性，同時(shí)還應(yīng)完成相應(yīng)的功能。鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的人工關(guān)節(jié)確保關(guān)節(jié)具有良好的耐磨界面，同時(shí)能夠很好地與骨組織進(jìn)行容和，提高人工關(guān)節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。

三、鈦合金3D打印技術(shù)應(yīng)用前景分析

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，鈦合金3D打印技術(shù)會(huì)在工程材料的各個(gè)方面得到應(yīng)用。鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金完全可以替換傳統(tǒng)鈦合金材料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國(guó)防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金3D打印技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。鈦合金3D打印技術(shù)才剛開(kāi)始，他的發(fā)展還需要不斷改進(jìn)和完善，需要科研院校和機(jī)構(gòu)的共同努力。鈦合金3D打印技術(shù)必向著生產(chǎn)復(fù)雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發(fā)展。同時(shí)，3D打印技術(shù)也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速化，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，大力提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)