這讓美國NASA深感意外，因為NASA去年8月才剛剛成功實踐這一技術(shù)，并自詡其是該技術(shù)在航天領域應用的領導者。以至直接發(fā)文要求中國不要過早公開項目文件！美國人為什么會如此緊張？這個技術(shù)到底是干什么用的？
據(jù)悉，激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，它打破傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床加工模式，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設備以材料累加的方式制成實物零件。“基于激光選區(qū)熔化成形技術(shù)的多墾合金結(jié)構(gòu)件的設計與制造”技術(shù)，利用鉑力特公司自主研制的激光選區(qū)熔化成形技術(shù)及裝備，針對多墾合金鏤空結(jié)構(gòu)/結(jié)構(gòu)件設計、成形、精度控制等技術(shù)問題重點研究，提出了功能優(yōu)先的多墾合金結(jié)構(gòu)/結(jié)構(gòu)件減重設計理念，解決了傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的多孔、鏤空、點陣等輕量化復雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問題，該技術(shù)是“基于功能優(yōu)先結(jié)構(gòu)設計理念”的一次革新，為解決我國航空、航天、船舶、汽車、能源、化工、醫(yī)療等廣大制造業(yè)領域的復雜結(jié)構(gòu)件減重設計及制造問題提供了一種新的解決途徑。
讓我們更詳細的剖析一下“激光選區(qū)熔化成形技術(shù)”：
1 技術(shù)原理
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來的一種先進的激光增材制造技術(shù)。通過專用軟件對零件三維數(shù)模進行切片分層，獲得各截面的輪廓數(shù)據(jù)后，利用高能量激光束根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件。
圖1和圖2分別是激光選區(qū)熔化成形零件示意圖和原理示意圖。如圖2所示，零件的三維數(shù)模完成切片分層處理并導入成形設備后，水平刮板首先把薄薄的一層金屬粉末均勻地鋪在基板上，高能量激光束按照三維數(shù)模當前層的數(shù)據(jù)信息選擇性地熔化基板上的粉末，成形出零件當前層的形狀，然后水平刮板在已加工好的層面上再鋪一層金屬粉末，高能束激光按照數(shù)模的下一層數(shù)據(jù)信息進行選擇熔化，如此往復循環(huán)直至整個零件完成制造。
圖1 激光選區(qū)熔化成形零件示意圖
圖2 激光選區(qū)熔化成形基本原理示意圖
2 技術(shù)特點
圖3為激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造的零件。激光選區(qū)熔化成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，可根據(jù)零件三維數(shù)模，利用金屬粉末無需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意復雜形狀的實體零件，實現(xiàn)“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦合金、高溫合金等零件。
?。╝）激光選區(qū)熔化成形金屬樣件
?。╞）激光選區(qū)熔化成形高溫合金零件
圖3 激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造的零件
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)通常采用粒徑30μm左右的超細粉末為原材料，圖4為激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造鈦合金零件所使用的TC4超細球形粉，通常鋪粉厚度＜100μm（最薄鋪粉厚度可達20μm），每個加工層控制的很薄，可達到30μm。另外該技術(shù)還使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度（可達0.1mm）以及優(yōu)異的表面質(zhì)量（粗糙度Ra可達30~50μm）[7-8]，圖5為選區(qū)激光熔化成形TC4鈦合金表面形貌。因此該技術(shù)具有精度高、表面質(zhì)量優(yōu)異等特點，制造的零件只需進行簡單的噴砂或拋光即可直接使用。由于材料及切削加工的節(jié)省，其制造成本可降低20%~40%，生產(chǎn)周期也將縮短80%[5]。
圖4 激光精密成形用TC4超細粉
圖5 選區(qū)激光熔化成形TC4鈦合金表面形貌
從材料性能角度看，該技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)件具有微細、均勻的快速凝固組織，各項同性，且綜合性能優(yōu)異。表1為激光選區(qū)熔化成形、激光直接沉積成形、鍛造、鑄造TC4鈦合金的力學性能比較[7]。
表1 激光增材制造鈦合金與鍛造、鑄造鈦合金的力學性能比較
綜上所述，激光選取熔化工藝突破了傳統(tǒng)的去除加工思路，有效解決了傳統(tǒng)加工工藝不可達部位的加工問題，尤其適合傳統(tǒng)工藝如鍛造、鑄造、焊接等工藝無法制造的內(nèi)部有異形復雜結(jié)構(gòu)的零件制造。同時，由于該技術(shù)成形精度較高，在普通零件應用中可保留更多的非加工面，因此可更好地解決難切削材料的加工問題。
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)在鈦合金、鋁合金、高溫合金、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等材料上的成功應用，已對航空航天工業(yè)產(chǎn)生了非常重要的影響。
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