鑫精合李廣生：增材制造在航空航天領(lǐng)域應(yīng)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打印）科技創(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(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)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(bào)道。

△李廣生經(jīng)理做“金屬增材制造在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用”報(bào)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(bào)告——“金屬增材制造在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用”。鑫精合是國內(nèi)少有能綜合把傳統(tǒng)工藝和增材制造技術(shù)融會貫通的企業(yè)，其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)很有推廣價(jià)值。

鑫精合李廣生認(rèn)為，增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，總體上可以說是有四大新的趨勢和特點(diǎn)

• 促進(jìn)設(shè)計(jì)思想的革命——支撐全新的設(shè)計(jì)理念；
• 低成本“混合制造”；
• 快速反應(yīng)、敏捷制造；
• 缺損零件的智能修復(fù)
  

鑫精合金屬增材制造業(yè)務(wù)發(fā)展方向

• 大型整體結(jié)構(gòu)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(qiáng)度鋼等）大型關(guān)鍵構(gòu)件傳統(tǒng)生產(chǎn)流程長、制造難度大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造
  

增材制造突破傳統(tǒng)加工技術(shù)帶來的設(shè)計(jì)約束，帶來設(shè)計(jì)方面革命性的變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)重量，實(shí)現(xiàn)精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造，降低加工成本。

• 混合制造
  

通過增材制造技術(shù)改造提升傳統(tǒng)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)混合制造。將增材制造技術(shù)成形成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)、近凈成形的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)制造技術(shù)高效、低成本的優(yōu)勢結(jié)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(chǔ)上，加速開展更多材料的增材制造技術(shù)研究，如新型鈦合金、高溫合金等。


應(yīng)用案例增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用案例包括

• 促進(jìn)設(shè)計(jì)思想的革命——支撐全新的設(shè)計(jì)理念。在“等應(yīng)力”設(shè)計(jì)中，軟件可根據(jù)所受載荷條件自動生成各截面應(yīng)力均衡的結(jié)構(gòu)，無應(yīng)力集中，但結(jié)構(gòu)形式十分復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以制造，通過增材制造很容易實(shí)現(xiàn)。
  

• 能夠制造過去沒有的新型結(jié)構(gòu)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，例如空間點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)——具有結(jié)構(gòu)輕、剛性好，散熱好等特點(diǎn)。
  

• 利用增材制造技術(shù)研制新一代航空發(fā)動機(jī)超冷渦輪葉片，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金、鎳基合金甚至陶瓷基材料任意復(fù)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(diǎn)，可將由多個(gè)零件連接而成的裝配組件變成單件整體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)效率最優(yōu)化。
  

• 混合制造：以增材制造技術(shù)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(jī)鈦合金翼梁

用電子束熔絲沉積混合制造技術(shù)替代鍛件，預(yù)計(jì)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(jìn)行了裝機(jī)飛行測試。

• 增材制造技術(shù)無需預(yù)投工裝模具、加工柔性好，反應(yīng)敏捷，可即時(shí)調(diào)整制造方案，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)制造。
  

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

技術(shù)對比

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

• 一種變革性的制造新技術(shù)：發(fā)展?jié)摿薮?li>性能、精度、效率、成本、智能化是技術(shù)發(fā)展的方向（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/高性能材料制備/復(fù)雜構(gòu)件制造一體化）
  

不同的金屬3D打印技術(shù)工藝，適用范圍有所不同：

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