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透析大型钛合金结构激光快速成形技术

2013-10-21 10:07
老猫
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  近日,中航天地激光科技有限公司与北京航空航天大学联合研发生产的飞机专用钛合金大型整体主承力框产品亮相京城展示。天地激光是一家从事大型钛合金、高强钢等高性能金属结构件激光快速成型技术的研发、生产的高科技公司,其研发的产品被广泛应用于航天、船舶等重大工业装备中。

  飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术是高端发展形势。作为最早开发钛合金3D打印技术的国家,1985年,美国就在五角大楼的主导下秘密开启了钛合金激光成形技术的研究,并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术,在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机进行试验。

  今年1月14日,美国著名的电子束、等离子弧及电阻焊接设备制造商Sciaky公司宣布,他们已经成功掌握了使用电子束进行钛合金3D打印的制造技术。这项技术将被用于生产美国第五代隐形战斗机F-35的多个零件。

  李大光表示,传统的武器装备生产主要是做“减”法。原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。3D打印技术除了能够提升武器装备的研发速度,还能大幅降低武器装备的造价成本。

  作为全世界最贵最精密的战机,美国F-35联合攻击战机每架售价至少1.5亿美元。相较于传统制造方式,3D新技术制造的产品成本更低、寿命也更长。如果3000多架战机都使用这种技术制造部件,将可以节省数十亿美元的成本。

  虽然中国钛合金激光成形技术起步晚,但现在却具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力,成为继美国之后、世界上第二个掌握该技术的国家。中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪在今年全国两会期间曾透露,钛合金和M100钢的3D打印技术(增材制造技术)已广泛用于新机设计试制过程。其中,于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。

  大型钛合金结构激光快速成形技术研究进展

  钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能好等突出特点,在航空、航天、石化、船舶等工业装备中用量越来越大而且主要被广泛用作各种机身加强框、梁、接头等飞机大型关键主承力结构件。以航空应用为例,如波音公司和空客公司研制的新一代民用客机(B一787、A一380)中钛合金用量已由第三代(B一747、A一300)的不到4%上升到9%以上,第三代歼击机中钛合金结构件用量由F-16的约3%增加到了F/A18-ElF、苏-27的15%以上,而第四代歼击机F一22中钛合金结构件用量已占机身结构总重量的41%,事实上,大型整体钛合金结构件用量的高低已成为衡量飞机等国防装备技术先进性的重要标志之一。

  但是,由于受钛合金本性的影响,采用“锻造+机械加工”等传统技术制造这些大型复杂钛合金关键结构件,不仅需要大型钛合金铸锭熔铸与制坯、万吨级以上重型液压锻造工业装备,而且制造工序繁多、工艺复杂,需要大型钛合金铸锭真空熔铸、大规格锻坯制备、大型锻造模具加工等,零件机械加工余量很大、材料利用率低(一般小于5~10%)、数控加工时间长、制造成本高、生产周期长,严重制约了大型钛合金结构件在先进工业及国防装备中的广泛应用,大型钛合金主承力结构件低成本、短周期成形制造技术,也是制约我国航空装备研制与生产的技术“瓶颈”之一!

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