中國創(chuàng)新 鈦合金3D打印后來居上

                                        中國創(chuàng)新 鈦合金3D打印后來居上

　目前，我國已經(jīng)具備了使用激光成形超過12平方米的復雜鈦合金構件的技術和能力，并投入多個國產(chǎn)航空科研項目的原型和產(chǎn)品制造中。成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造并且裝機工程應用的國家。
　　節(jié)約90%的材料和成本
　　在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產(chǎn)的鈦合金結構部件迅速成為中國航空研制的一項獨特優(yōu)勢。由于鈦合金重量輕，強度高，鈦合金構件在航空領域有著廣泛的應用前景。目前，先進戰(zhàn)機上的鈦合金構件所占比例已經(jīng)超過20%。
　　傳統(tǒng)的鈦合金零件制造主要依靠鑄造和鍛造。其中鑄造零件易于大尺寸制造，但重量較大且無法加工成精細的形狀。鍛造切削雖然精度較好，美國F-22戰(zhàn)機的主要承力部件便是大型鑄造鈦合金框。但是零件制造浪費嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉，而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格的限制：3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件，即使世界上最大的8萬噸水壓機，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。而且這兩種技術都無法制造復雜的鈦合金構件，而焊接則會遇到可怕的鈦合金腐蝕現(xiàn)象。
　　激光鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題，由于采用疊加技術，它節(jié)約了90%十分昂貴的原材料，加之不需要制造專用的模具，原本相當于材料成本1~2倍的加工費用現(xiàn)在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金復雜結構件，粗略估計，傳統(tǒng)工藝的成本大約是2500萬元，而激光3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右，其成本僅是傳統(tǒng)工藝的5%。
　　更重要的是，許多復雜結構的鈦合金構建可以通過3D打印的方式一體成型，不僅節(jié)省了工時，還大大提高了材料強度。F-22的鈦合金鍛件如果使用中國的3D打印技術制造，在強度相當?shù)那闆r下，重量最多可以減少40%。
　　下一代國產(chǎn)飛機的關鍵技術
　　在航空領域，中國激光鈦合金成形技術已經(jīng)得到了廣泛的應用。
　　在中航成飛和沈飛的下一代戰(zhàn)斗機的設計研發(fā)中，激光鈦合金成形技術已經(jīng)得到了廣泛運用。通過這一技術，正在研制的兩型第五代戰(zhàn)斗機殲-20和殲-31采用鈦合金的主體結構，成功降低了飛機的結構重量，提高了戰(zhàn)機的推重比；依托激光鈦合金成形造價低、速度快的特點，沈飛在一年之內連續(xù)組裝出殲-15、殲-16、殲-31等多型戰(zhàn)斗機并且進行試飛。
　　民用航空制造業(yè)也開始應用這一技術。目前，在西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室下設的激光制造工程中心，通過激光立體成型技術為將于2014年投產(chǎn)，并在2016年投入運營的國產(chǎn)客機C919制造了鈦合金翼梁，長度超過5米。
　　除了制造外，這些部件在出現(xiàn)問題后，也將可以使用同樣的技術進行修復，而無需重新制造，這將可以節(jié)省大量用于更換受損部件的費用。
　　憑借激光鈦合金成形技術，中國在航空材料科學領域第一次走在了世界先進水平的前列，并為中國航空工業(yè)的發(fā)展打下了堅實的基礎。
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