设为首页添加收藏

云3D打印平台 欢迎您光临!

微信
扫码关注官方微信
电话:400-6126-026

您的位置:主页 > 行业动态 > 3D打印材料 >
3D打印材料

航天航空高性能金属复合材料构件激光增材制造


发布日期:2020-11-18 来源: 凌云3D


航天航空生产制造是当今社会科技兴国争相发展趋势的关键方位之一,其发展趋势离不了兼顾汽车轻量化、难生产加工、高性能等特点的航天航空金属材料构件。激光增材制造技术性为高性能金属材料构件的设计方案与生产制造开拓了新的生产工艺方式,可处理航天航空等行业发展趋势全过程中对原材料、构造、加工工艺、性能及运用等明确提出的挑战。近些年世界各国在激光增材制造的新型材料制取、新总体设计、高性能/智能构件形性管控、航天航空运用等层面获得了明显的研究成果。

南京航空航天大学原材料科学与技术学校、《中国激光》编委会顾玲玲专家教授,应邀编写《航空航天高性能金属材料构件激光增材制造》长篇小说综述论文,并做为封面图发表论文。

毕业论文系统软件阐述了航天航空行业3类典型性应用材质、4类典型性构造的激光增材制造及航天航空运用进度,并对激光增材制造技术性在原材料-构造-加工工艺-性能一体化方位开展了汇总和未来展望。

文中来源于:《中国激光》

航天航空高性能生产制造

l 新式高性能原材料

研制开发新式高性能原材料是激光增材制造构件结构力学性能及运用水准提高的基本确保。

金属材料激光增材制造全过程中容易出現孔隙度、裂痕、空气氧化参杂、溶体灰铸铁与溅出等一系列冶金工业缺点,它是由原材料的物理学和有机化学特点实质决策的。缺点会明显减少激光增材制造构件成形性能。

以铝合金型材为例子,其独特特性(密度低、低激光消化率、高导热系数及易还原性等)决策了其是激光增材制造的典型性难生产加工原材料。许多 高性能铝合金较难根据激光增材制造加工工艺得到 预估的高性能,主要是因原材料的成份物理性能等主要参数并不是专业为激光增材制造而设计方案,无法适用激光迅速熔融凝结全过程及高宽比非均衡冶金工业热学和动力学模型个人行为。

专用型朝向激光增材制造的Al-Mg-Sc-Zr铝合金可原点形成Al3(Sc,Zr)纳米技术弥漫加强相,成形件抗压强度高过500 MPa,拉伸强度超出10%。新式产品研发的激光增材制造Ti-Cu铝合金可得到 细微等轴β-Ti晶体,并具备很高的成分匀称性,成形件兼顾高抗压强度(867±8 MPa)和拉伸强度(14.9±1.9%),如图所示1所显示。针对激光增材制造高性能合金制品,全新升级的成份、物理性能、改变的设计方案及管控至关重要,是提高增材制造构件结构力学性能及运用发展趋势水准的物质条件与确保。

图1 激光增材制造TC4铝合金与Ti-8.4Cu铝合金显微镜机构比照:(a)TC4铝合金呈粗壮柱状晶机构;(b)Ti-8.4Cu铝合金呈细微彻底等轴晶机构

l “多组分原材料可设计方案性”、加工工艺“高可预测性”

纳米技术复合型、原点提高及梯度方向页面设计是提高传统式金属材料激光增材制造坚韧化的重要途径。

制取瓷器提高金属材料基高分子材料是传统式金属材料坚韧化的有效途径之一。激光增材制造金属材料基高分子材料,在选料上突显“多组分原材料可设计方案性”,在增材制造加工工艺上注重“高可预测性”,在应用成果上则突显“高性能/智能”,它是增材制造技术性的关键发展前景。多组分纳米陶瓷复合型、原点提高及梯度方向页面设计,可合理改进瓷器/金属材料页面润滑性及融合性,抑止页面外部经济孔隙度及裂痕,提高成形件结构力学性能。

如图2所显示,顾玲玲专家教授精英团队发觉了较高能激光独有的加温方法、动能特性及冶金工业体制可使纳米技术/原点瓷器提高相具备新奇的外部经济生长发育及遍布构造,表明了激光高宽比非均衡溶池内的温度梯度、速率场、物质的量浓度场等冶金工业热学和动力学模型个人行为对纳米技术/原点瓷器提高相产生、晶体材料和空间布局、瓷器/金属材料梯度方向页面产生与演变的功效规律性,剖析了纳米技术/原点瓷器提高相功效下基材金属材料的等轴晶化及晶体优化体制,明确提出了根据提高相、基材相及梯度方向页面的显微镜机构管控使激光成形件抗压强度和延展性协作提高的基本原理及方式。

图2 激光增材制造Al基纳米技术/原点高分子材料显微镜机构管控:(a)环形TiC纳米技术提高相;(b)条带条状Al4SiC4原点提高相;(c)TiB2提高功效下Al基材优化的等轴晶机构。

l 管控及提升激光增材制造加工工艺

激光增材制造加工工艺管控及技术革新是金属材料构件显微镜机构改进及性能提高的压根方式。

激光增材制造的加工工艺主要参数、扫描仪对策、成形方位、成形件合理布局方法等可明显危害构件的成形品质、显微镜机构及结构力学性能。根据管控激光线比能量(λ,λ=P/v)和激光体比能量(ε,ε=P/vhd)(式中P为激光输出功率,v为扫描仪速度,h为堆积线间隔,d为冲积物薄厚),可合理管控线成形品质和体成形品质,为金属材料构件激光增材制造的定量化、防老化操纵出示重要加工工艺主要参数指标值。

顾玲玲专家教授精英团队明确了粉体设备与激光功效、粉体设备熔融个人行为、溶池产生与演变规律性、溶体迅速凝结个人行为等整个过程跨限度物理学冶金工业体制,搭建了激光增材制造加工工艺管控及优化方法,完成了激光成形件內部显微镜机构、冶金工业缺点、内应力及成形性能“由线及体”立体式操纵。

另一方面,激光增材制造加工工艺的自主创新(如将激光增材制造与超声波震动、磁场等大多能场复合型),可明显改进显微镜机构(如将柱状晶彻底变化为细微等轴晶)及结构力学性能,且对不一样金属复合材料具备普遍意义,如图所示3所显示。

图3 超声波复合型激光增材制造TC4铝合金显微镜机构管控:(a)激光熔融堆积复合型高频率超声波震动加工工艺;(b)基本激光熔融堆积TC4铝合金的粗壮柱状晶;(c)超声波复合型激光增材制造TC4铝合金的细微等轴晶。

l 与众不同的构造完成与众不同的作用

自主创新总体设计及形性一体化管控是充分发挥增材制造潜力、完成性能/作用跃居的有效途径。

服现役于航空公司、航空航天、船只、核电厂等工业化的金属材料构件正向着复杂、一体化、高性能、智能方位发展趋势。自主创新总体设计为增材制造构件的性能提升和作用跃居造就了标准。增材制造的高软性为构造成形出示了确保。二者紧密联系、相辅相成。

针对大中型金属材料构件,根据送粉方法的激光熔融堆积(LMD)技术性可合理考虑大中型金属材料构件的成形规定,并完成了Ti铝合金、Ni基耐热合金、高强度钢板、硅化物铝合金等难生产加工金属复合材料大中型重要构件的激光增材制造及工业生产运用。这关键归功于以凝结晶体、內部缺点及显微镜机构为关键的冶金工业品质和性能的操纵,及其激光成形件焊接应力、形变裂开及构造缺点操纵等基础理论及技术性的发展。另外,近些年多激光器、多扫描振镜协作的粉床型选区激光熔融SLM武器装备及技术性的发展趋势,也为构造繁琐的大中型总体金属材料构件的成形开拓了有效途径。

而繁杂总体构件、汽车轻量化点阵式构件,通常含有繁杂内过流道、多孔结构点阵式等极端化难生产加工构造,选区激光熔融(SLM)高精密增材制造技术性可完成这种繁杂构造的设计方案与生产制造。航天航空行业选用SLM技术性成形、并得到 工程项目运用的典型性构件包含火箭推进器耐热构件、柴油发动机汽柴油喷头、发动机燃烧室挡水板轴套、商业服务飞机场发动机舱挡板等。自主创新总体设计与增材制造技术性的结合,为航天航空等行业汽车轻量化金属材料构件的高性能/智能化及翠绿色可持续性生产制造产生新突破口。

增材制造构件的智能发展过程中,总体设计将更为突显微生物仿生技术、微生物设计灵感,根据清静无为,积极完成预估作用。改革创新仿生技术构造及多原材料合理布局,完成仿生技术构造激光总体增材制造及智能化,进行构造、原材料、加工工艺、作用等多要素藕合及一体化管控。在其中重要科学研究难点包含:仿生技术薄膜光学与构件典型性作用的投射关联及优化模型;仿生技术的跨限度构造激光增材制造加工工艺限制性及成形体制;激光增材制造仿生技术构造的智能一体化评价方法及响应机制等,如图4所显示。

图4 激光增材制造汽车轻量化耐冲击仿生技术作用构造:(a)皮皮虾尾节宏观经济外貌;(b)仿生技术双重波形板耐冲击构造SLM生产加工;(c)仿生技术双重波形板构造高宽比和光波长主要参数对撞击力高效率的危害。

l 激光增材制造技术性将来的科学研究与发展趋向

激光增材制造技术性的精神实质决策了其发展趋向是完成外部经济-介观-宏观经济跨限度的原材料-构造-加工工艺-性能/作用一体化。激光增材制造技术性将来的科学研究与发展趋向中,下述方位非常值得进一步关心:

(1)以高性能/智能为驱动器的激光增材制造原材料-构造-加工工艺一体化,积极完成构件的高性能和智能;

(2)激光增材制造的“多组分原材料”和“多原材料”设计方案、制取与成形,以完成将“适合的原材料加上到适合的部位”;

(3)激光增材制造自主创新总体设计完成构件高性能化和智能化,以突显“与众不同的构造完成与众不同的作用”;

(4)搭建朝向全规格构件和全生产流程的激光增材制造加工工艺模拟仿真、检测、意见反馈及加工工艺提升核心技术与方式,全方位提高激光增材制造加工工艺技术实力、品质及其工业生产运用水准。


分享到

新浪微博

分享到

朋友圈

分享到

QQ空间