鑫精合李廣生：增材制造在航空航天領域應用的4大趨勢

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打?。┛萍紕?chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打印）領域成果及人才，促進行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報道。

△李廣生經(jīng)理做“金屬增材制造在航空航天領域的應用”報告

在會場上，南極熊聽取鑫精合激光科技發(fā)展（北京）有限公司創(chuàng)始人兼總經(jīng)理李廣生的報告——“金屬增材制造在航空航天領域的應用”。鑫精合是國內少有能綜合把傳統(tǒng)工藝和增材制造技術融會貫通的企業(yè)，其應用經(jīng)驗很有推廣價值。

鑫精合李廣生認為，增材制造技術在航空航天領域的應用，總體上可以說是有四大新的趨勢和特點

• 促進設計思想的革命——支撐全新的設計理念；
• 低成本“混合制造”；
• 快速反應、敏捷制造；
• 缺損零件的智能修復
  

鑫精合金屬增材制造業(yè)務發(fā)展方向

• 大型整體結構件制造
  

增材制造能夠解決難加工金屬（鈦合金、高溫合金、超高強度鋼等）大型關鍵構件傳統(tǒng)生產(chǎn)流程長、制造難度大的缺點，實現(xiàn)大型復雜結構件的近凈成形，簡化制造工藝，縮短生產(chǎn)周期和成本。

• 精密復雜結構件制造
  

增材制造突破傳統(tǒng)加工技術帶來的設計約束，帶來設計方面革命性的變化，優(yōu)化結構，減輕結構重量，實現(xiàn)精密復雜結構件的制造，降低加工成本。

• 混合制造
  

通過增材制造技術改造提升傳統(tǒng)制造技術，實現(xiàn)混合制造。將增材制造技術成形成形復雜結構、近凈成形的優(yōu)點與傳統(tǒng)制造技術高效、低成本的優(yōu)勢結合起來，形成最佳的制造策略。

• 新材料開發(fā)
  

為滿足航空航天更多材料的巨大打印需求，在目前可打印材料的基礎上，加速開展更多材料的增材制造技術研究，如新型鈦合金、高溫合金等。


應用案例增材制造技術在航空航天領域的相關應用案例包括

• 促進設計思想的革命——支撐全新的設計理念。在“等應力”設計中，軟件可根據(jù)所受載荷條件自動生成各截面應力均衡的結構，無應力集中，但結構形式十分復雜，傳統(tǒng)方法難以制造，通過增材制造很容易實現(xiàn)。
  

• 能夠制造過去沒有的新型結構，促進結構設計創(chuàng)新，例如空間點陣夾芯結構——具有結構輕、剛性好，散熱好等特點。
  

• 利用增材制造技術研制新一代航空發(fā)動機超冷渦輪葉片，能夠實現(xiàn)鈦合金、鎳基合金甚至陶瓷基材料任意復雜的流道及氣膜冷卻孔的直接制造，從而大大提高耐高溫性能。
  

• 利用“增材”的特點，可將由多個零件連接而成的裝配組件變成單件整體結構，從而實現(xiàn)結構效率最優(yōu)化。
  

• 混合制造：以增材制造技術為核心，以多種工藝組合的方法，在滿足使用功能的前提下，最大限度提高效率、降低成本。
  

△Lockheed Martin公司選定F-35飛機鈦合金翼梁

用電子束熔絲沉積混合制造技術替代鍛件，預計零件成本可降低3０～60%，單件可節(jié)省100萬美元；已在2013年初進行了裝機飛行測試。

• 增材制造技術無需預投工裝模具、加工柔性好，反應敏捷，可即時調整制造方案，實現(xiàn)快速響應制造。
  

• 增材制造技術可以對高價值零件進行修復，挽救因誤加工或使用中損傷的零件，如發(fā)動機葉片、整體葉盤、框梁等。
  

技術對比

整體來說，3D打印是制造技術大家庭的一名新成員，同傳統(tǒng)制造技術相互補充，但也有其特點

• 一種變革性的制造新技術：發(fā)展?jié)摿薮?li>性能、精度、效率、成本、智能化是技術發(fā)展的方向（結構設計/高性能材料制備/復雜構件制造一體化）
  

不同的金屬3D打印技術工藝，適用范圍有所不同：

• 金屬選區(qū)熔化，適合小型超復雜整體構件
• 激光同軸送粉，適合大型高性能整體構件/修復
• 電弧送絲技術，適合大型高性能整體構件（前景廣闊，鑫精合也在研發(fā)中）