21世紀之前,激光精密增材成形主要用于蠟模、砂模等制造,為精密鑄造提供模型;為成形金屬零件,早期采用低熔點金屬或有機黏結材料包覆金屬材料,在加工過程中,低熔點材料熔化或部分熔化,但熔點較高的金屬材料并不熔化,而是被熔化或部分熔化的低熔點材料包覆黏結在一起,從而形成類似于粉末冶金燒結坯件一樣的原型。這種原型表面粗糙,疏松多孔,力學性能差,常常還需要經過高溫重熔或滲金屬填補孔隙等后處理以后才能使用。由于受CO2激光、YAG激光束流品質限制,前期金屬激光精密增材成形致密度較差,難以滿足復雜薄壁結構制造需求。
隨著高亮度光纖激光出現,國外金屬激光精密增材成形技術發(fā)展突飛猛進。近幾年來,英國、德國、法國、美國、瑞典等國外發(fā)達國家先后開發(fā)GH4169、AlSi10Mg、CoCr、TC4等合金金屬復雜結構的激光精密增成形設備,并開展應用基礎研究。國外著名羅羅、GE、普惠、MTU、波音、EADS、空客等航空航天武器裝備已利用此技術開發(fā)商業(yè)化的金屬零部件。
中航工業(yè)制造所激光增材制造專業(yè)建立上世紀90年代后期,最初主要開展有機材料和覆膜陶瓷的激光快速原型技術研究。進入21世紀,尤其是“十一五”以來,激光增材制造技術獲得了長足發(fā)展,研究團隊不斷發(fā)展壯大,重點突破了金屬零件激光精密增材成形技術和裝備研究。面對激光精密增材成形過程粉末球化、零件變形、設備故障、工藝不穩(wěn)定等各種技術難題,激光增材成形團隊針對各個難題分析其原因,抓住主要因素,從材料、軟件、設備和工藝方面采取措施,歷經磨難,堅韌不拔,研制出國內最大的激光精密增材成形的空間曲面多孔金屬件。該團隊幾乎從零開始,突破了原材料、成形工藝、后續(xù)熱處理、表面處理等零件整個研制工序,與設計單位共同編制和制定了金屬零件的激光精密增材成形的材料和制件技術條件以及相關工藝規(guī)程和規(guī)范,為該技術在型號產品上應用奠定了堅實基礎。
激光精密增材成形為解決復雜金屬件制造瓶頸提供一種新方法。譬如,多孔結構件曾采用電加工、數控切削等多種傳統制造技術進行試制,無法滿足設計要求,已成為制約研制進程的制造技術瓶頸。針對該零件制造技術難題,中航工業(yè)制造所一邊解決激光選區(qū)熔化成形設備關鍵難題,一邊解決軟件、材料和工藝等方面關鍵技術難題,建立國內最大的金屬激光精密增材制造平臺,解決了制約型號研制進程的制造技術瓶頸。激光精密增材成形技術打開了“航空設計”受制造束縛的枷鎖。
產品創(chuàng)新是我國制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎,而精密增材成形技術對新產品的開發(fā)速度和質量將起到十分重要的作用。激光精密增材成形技術開創(chuàng)了一個嶄新的設計、制造概念。它以相對低的成本、高速造型、可修改性強的特點,獨特的工藝過程,為提高產品的設計質量、降低成本、縮短設計及制造周期,為將產品盡快推向市場提供了有效的方法,尤其適合于復雜形狀的零件。激光精密增材成形技術在航空航天、核工業(yè)、兵器等新型號研制、現役型號技術升級具有廣闊的應用前景,還可應用于電子器件、生物植入、能源等我國戰(zhàn)略新興產業(yè)領域,對加快我國產品升級換代、堅持自主創(chuàng)新和轉變經濟發(fā)展方式具有長遠戰(zhàn)略意義。
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