21世紀(jì)之前,激光精密增材成形主要用于蠟?zāi)!⑸澳5戎圃?,為精密鑄造提供模型;為成形金屬零件,早期采用低熔點(diǎn)金屬或有機(jī)黏結(jié)材料包覆金屬材料,在加工過程中,低熔點(diǎn)材料熔化或部分熔化,但熔點(diǎn)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(diǎn)材料包覆黏結(jié)在一起,從而形成類似于粉末冶金燒結(jié)坯件一樣的原型。這種原型表面粗糙,疏松多孔,力學(xué)性能差,常常還需要經(jīng)過高溫重熔或滲金屬填補(bǔ)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(zhì)限制,前期金屬激光精密增材成形致密度較差,難以滿足復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)制造需求。
隨著高亮度光纖激光出現(xiàn),國外金屬激光精密增材成形技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。近幾年來,英國、德國、法國、美國、瑞典等國外發(fā)達(dá)國家先后開發(fā)GH4169、AlSi10Mg、CoCr、TC4等合金金屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)的激光精密增成形設(shè)備,并開展應(yīng)用基礎(chǔ)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(shù)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(jì)90年代后期,最初主要開展有機(jī)材料和覆膜陶瓷的激光快速原型技術(shù)研究。進(jìn)入21世紀(jì),尤其是“十一五”以來,激光增材制造技術(shù)獲得了長足發(fā)展,研究團(tuán)隊不斷發(fā)展壯大,重點(diǎn)突破了金屬零件激光精密增材成形技術(shù)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(shè)備故障、工藝不穩(wěn)定等各種技術(shù)難題,激光增材成形團(tuán)隊針對各個難題分析其原因,抓住主要因素,從材料、軟件、設(shè)備和工藝方面采取措施,歷經(jīng)磨難,堅韌不拔,研制出國內(nèi)最大的激光精密增材成形的空間曲面多孔金屬件。該團(tuán)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(shè)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(shù)條件以及相關(guān)工藝規(guī)程和規(guī)范,為該技術(shù)在型號產(chǎn)品上應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
激光精密增材成形為解決復(fù)雜金屬件制造瓶頸提供一種新方法。譬如,多孔結(jié)構(gòu)件曾采用電加工、數(shù)控切削等多種傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行試制,無法滿足設(shè)計要求,已成為制約研制進(jìn)程的制造技術(shù)瓶頸。針對該零件制造技術(shù)難題,中航工業(yè)制造所一邊解決激光選區(qū)熔化成形設(shè)備關(guān)鍵難題,一邊解決軟件、材料和工藝等方面關(guān)鍵技術(shù)難題,建立國內(nèi)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(jìn)程的制造技術(shù)瓶頸。激光精密增材成形技術(shù)打開了“航空設(shè)計”受制造束縛的枷鎖。
產(chǎn)品創(chuàng)新是我國制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),而精密增材成形技術(shù)對新產(chǎn)品的開發(fā)速度和質(zhì)量將起到十分重要的作用。激光精密增材成形技術(shù)開創(chuàng)了一個嶄新的設(shè)計、制造概念。它以相對低的成本、高速造型、可修改性強(qiáng)的特點(diǎn),獨(dú)特的工藝過程,為提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、降低成本、縮短設(shè)計及制造周期,為將產(chǎn)品盡快推向市場提供了有效的方法,尤其適合于復(fù)雜形狀的零件。激光精密增材成形技術(shù)在航空航天、核工業(yè)、兵器等新型號研制、現(xiàn)役型號技術(shù)升級具有廣闊的應(yīng)用前景,還可應(yīng)用于電子器件、生物植入、能源等我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,對加快我國產(chǎn)品升級換代、堅持自主創(chuàng)新和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式具有長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義。
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