X射線探查不到缺陷，鈦合金Ti-6Al-4V電子束熔絲增材制造技術(shù)獲突破性進展

2021年5月11日，南極熊獲悉，近日，西安智熔金屬打印系統(tǒng)有限公司(西安智熔)宣布在鈦合金電子束熔絲增材制造技術(shù)方面取得了突破性進展，掌握了實現(xiàn)優(yōu)良力學(xué)性能、尤其是高疲勞性能的打印工藝參數(shù)組合，為電子束熔絲金屬增材制造技術(shù)在大型航空鈦合金承力結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。

2020年底，西安智熔利用其自行研發(fā)生產(chǎn)的ZcompleX3型電子束熔絲金屬增材制造系統(tǒng)成形的Ti-6Al-4V合金材料，委托中國科學(xué)院沈陽金屬研究所進行了X射線探傷以及不同方向和應(yīng)力比條件下的高周疲勞極限測試，測試結(jié)果顯示，試塊內(nèi)部無X射線可探查的缺陷，試樣采用HIP處理及兩相區(qū)固溶+低溫時效的雙重?zé)崽幚砉に嚭螅?strong>X和Z兩個方向的拉-拉和拉-壓高周疲勞極限均高于Ti-6Al-4V棒材技術(shù)標準要求，且數(shù)據(jù)一致性極好。

△ZcompleX3 熔絲式電子束金屬打印機

△中國科學(xué)院沈陽金屬研究所出具的檢測報告

電子束熔絲增材制造（EBAM）技術(shù)

電子束熔絲增材制造（EBAM）是3D打印領(lǐng)域以電子束作為熱源的一項尖端技術(shù)，在全球范圍內(nèi)只有美國西亞基公司（Sciaky）、中國西安智熔等少數(shù)公司可提供商用產(chǎn)品。

其技術(shù)原理如下：在真空環(huán)境中，高能量密度的電子束轟擊金屬表面形成熔池，金屬絲材通過送絲裝置送入熔池并熔化，同時熔池按照預(yù)先規(guī)劃的路徑運動，金屬材料逐層凝固堆積，形成致密的冶金結(jié)合，直至制造出金屬零件或毛坯。

△電子束熔絲增材制造技術(shù)原理圖

△2017年陜西衛(wèi)視對西安智熔熔絲式電子束金屬3D打印系統(tǒng)的報道

這項技術(shù)的特點非常明顯，真空環(huán)境中打印，有效避免雜質(zhì)元素混入；成型速度快，材料利用率高，不銹鋼熔絲效率最高可達15kg/h，適合大型結(jié)構(gòu)件快速制造；成型工藝一致性好；可進行功能梯度材料增材(FGM)及金屬基復(fù)合材料增材制造，還可以加工鎢、鉬、鈮、鉭等難熔金屬。但零件表面精度不高，后期需要使用CNC進行加工。

△西安智熔電子束熔絲打印的金屬件，部分進行了CNC機加工

鈦合金3D打印是航空航天領(lǐng)域的利器

在航空制造方面，國外鈦合金電子束熔絲增材制造技術(shù)已經(jīng)獲得成功應(yīng)用，例如洛馬公司F35隱形飛機襟副翼翼梁，垂尾翼后梁，空客飛機上機翼上翼等，該應(yīng)用不僅節(jié)約了成本，還極大的改善了交貨期，國內(nèi)相應(yīng)應(yīng)用還處于空白狀態(tài)。據(jù)南極熊了解，Sciaky公司利用電子束增材制造(EBAM)技術(shù)，在2020年打印了超過12000磅(5443公斤)的鈦。

△洛克希德馬丁公司生產(chǎn)F35隱形飛機

鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域，例如鈦合金在軍用飛機中的用量可達到飛機結(jié)構(gòu)重量的20%～25%，在航空發(fā)動機中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%。第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V，它是鈦合金工業(yè)中的王牌合金，其它許多鈦合金可視為其改型，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。

鈦合金傳統(tǒng)加工方法加工難度大，加工周期長，材料利用率低，一些大型結(jié)構(gòu)還具有復(fù)雜的形狀或特殊規(guī)格，用鍛造方法難以實現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，我國大型航空鈦合金零件的材料利用率很低，平均不超過10 %，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來研制成本的上升。通過使用金屬增材制造技術(shù)生產(chǎn)鈦合金零件，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體化，降低成本和周期，達到快速反應(yīng)、無模一體制造的目的，可節(jié)省材料三分之二以上，數(shù)控加工時間減少一半以上，無須模具，能夠?qū)⒀兄瞥杀居绕涫鞘准�、小批量的研制成本大大降�?/strong>。

關(guān)于西安智熔

西安智熔金屬打印系統(tǒng)有限公司是中國少數(shù)專注于電子束熱源技術(shù)路線的金屬3D打印技術(shù)公司之一，其自行研發(fā)生產(chǎn)的熔絲式電子束金屬增材制造系統(tǒng)適于高速低成本制造大型金屬結(jié)構(gòu)件。在熔絲式電子束金屬打印技術(shù)領(lǐng)域和粉床式電子束金屬打印技術(shù)領(lǐng)域，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，設(shè)計生產(chǎn)基于其領(lǐng)先的EBVF3® 技術(shù)平臺的 Zcomplex® 系列熔絲式電子束金屬打印系統(tǒng)以及基于其獨有的SmartBeam® 技術(shù)平臺的ZScan® 系列粉床式電子束金屬打印系統(tǒng)。

為了拓展在材料性能要求極高的航空鈦合金結(jié)構(gòu)件尤其承受疲勞載荷的結(jié)構(gòu)件制造方面的應(yīng)用，西安智熔技術(shù)團隊自2017年以來，進行了大量的鈦合金電子束熔絲增材制造技術(shù)研究并于2020年底取得了突破性進展。

西安智熔合作微信：qinshanwangchu