發(fā)布日期：2017-1-13 15:43:44
隨著歐美等國家將金屬3D打印的產品不斷應用于航天、軍工、太空等決定人類未來的領域，我國也正在努力縮短與歐美國家的差距。日前，“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目獲得了2016年國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造專項”1985萬元的經費支持。
據了解，該項目由北京易加三維科技有限公司為承擔單位，清華大學、北京天遠三維科技有限公司、中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院、北京星航機電裝備有限公司、中國直升機設計研究所、中國燃氣渦輪研究院為參研單位。
項目負責人北京易加三維科技有限公司總經理、高級工程師馮濤介紹，該項目完成后，可實現(xiàn)航空航天、軍工等行業(yè)對金屬3D打印成品的要求，即尺寸大、精度高、力學性能好、表面粗糙度低、致密度100%；同時，該技術代表了未來金屬3D打印技術的發(fā)展方向，擁有該項技術可使我國航空航天、軍事進入國際先進水平。項目的實施將填補我國此項技術的空白，打破發(fā)達國家對我國的技術壟斷，有利于提升我國在航空航天、軍工制造、精密醫(yī)療等領域技術能力。
據介紹，SLM金屬3D打印設備已進入商業(yè)化發(fā)展的快車道，近3年裝備的裝機臺數(shù)增長率均超過50%，裝備制造廠家快速擴張，傳統(tǒng)裝備制造巨頭也開始介入。但我國成熟的商用SLM裝備的成形尺寸一般小于300mm，完全不能滿足大尺寸零件的制造需求；同時，還存在成形效率低，成形過程工藝變量多，成形質量不能量化控制等問題。而成形尺寸范圍在500mm×500mm×500mm 以上的金屬3D打印設備的商業(yè)化研發(fā)主要集中在歐美等發(fā)達國家，被他們所壟斷。目前這些國家在SLM設備、軟件及工藝等領域的研究均處于國際領先地位，因此，在航空航天、軍工制造等領域都領超我國較多水平。更令人擔憂的是，雖然我國SLM技術的應用和研究機構較多，但是針對大尺寸粉末床SLM設備的國產化尚無成功的商業(yè)化案例。
馮濤介紹，由北京易加三維科技有限公司承擔的“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目，將通過對大尺寸粉末床SLM金屬3D打印智能裝備的設計與研制，完成針對小尺寸SLM金屬3D打印設備向大尺寸SLM金屬3D打印設備的飛躍。項目提出雙艙室雙工位隔離作業(yè)模塊化布局的總體設計思路，方便大尺寸零件的取出，有效減少了惰性氣體的用量，同時解決雙工位轉換的氣體密封、粉料的高精度變量供給與回收、氣氛的智能循環(huán)凈化等技術難題。 該項目還提出并實現(xiàn)同時滿足大尺寸和高效率的多激光多振鏡分區(qū)掃描及其光路設計與控制技術，實現(xiàn)多激光聚焦光斑的定位精度、激光功率的一致性和多振鏡掃描邊界的有效搭接，在保證大尺寸零件加工精度的前提下，有效提高了加工效率。突破大功率長時間工作條件下的光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制技術，實現(xiàn)建造過程熔池狀態(tài)、成形件幾何尺寸、工作艙氣氛、鋪粉狀態(tài)等實時監(jiān)測、診斷及智能處理技術，在提高設備智能化的同時保證了運行的穩(wěn)定性和可靠性，滿足了連續(xù)成形大尺寸零部件加工的要求。研發(fā)出基于熔池的凝固、掃描區(qū)域溫度場、工件幾何特征、變形與多激光多振鏡分區(qū)掃描等多因素集成的擁有自主知識產權的成形軟件，減少大尺寸復雜件成形過程中激光的通斷次數(shù)和不均勻變形，提高制造效率的同時保證了加工質量。
據悉，該項目研發(fā)的裝備支持鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金等多種金屬復雜構件的高效率成形，制造效率可達到≥120cm3/h，成形尺寸范圍≥500mm×500mm×500mm，成形幾何精度≤±100μm，表面粗糙度≤Ra12，裝備的無故障運行時間≥500h，并將在航空航天領域開展示范化應用，完成多款航空航天大尺寸零件的制造，并進行裝機驗證，真正的將大尺寸3D打印零件應用于我國的航空航天領域。同時，將制定出4種典型材料（鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金）的SLM成形工藝標準規(guī)范，為大尺寸3D打印應用于航空航天領域建立良好的應用標準。
馮濤特別強調，“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目提出對大尺寸SLM金屬3D打印設備進行系列化模塊研制，此技術具備國際先進水平，可填補我國此項技術的空白，會促使國外同類設備進入中國市場的價格大幅降低，項目執(zhí)行期內將完成不少于兩臺套的設備銷售指標，未來10年內將會帶來20億元的市場份額。
據悉，該項目的研發(fā)終將解決現(xiàn)在粉末床SLM金屬零件建造效率較低、質量仍與鍛件有差距、設備的智能化水平低、可靠性及穩(wěn)定性較差，不適合制造大型整體零件等世界性難題，將改變我國在大尺寸粉末床SLM工藝、設備以及成形軟件開發(fā)等方面一直以來落后于國外的局面。同時，在金屬3D打印與激光制造等方面關鍵技術會有很大突破，超前部署研發(fā)我國下一代粉末床金屬3D打印設備，促進傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。