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钛合金增材制造技术的分析和未来趋势

来源:      2018-12-28 17:24:32      点击:
  增材制造技术从20世纪90年代开始出现,其发展的基础是高能量热熔覆技术和快速原型技术,与传统制造技术相比,不用经过各种刀具的切割和多种繁杂工序的加工,大大缩减了加工时间,同时对于结构复杂的零件,其加工过程和制造精度更高。
  目前钛合金产品已经在多个领域得到应用,这些产品的结构较复杂、品种多、批量小且性能要求高,传统的生产制造技术无法满足这些产品要求,而增材制造技术能够满足钛合金产品制造技术和性能要求,因而得到广泛应用。
  一、增材制造技术概述
  增材制造技术主要是通过计算机中生成零件的三维CAD模型,根据模型的尺寸数据采用激光熔覆的方式将零件的材料通过喷墨的形式逐层堆积起来形成立体零件的技术。增材制造工艺简单,生产成本低,适用范围广,可根据计算机内零件三维图的不同随时改变制造零件的结构、品种等,对于产品结构复杂、材料活性高、要求纯度高的金属零件的制造特别适用。
  增材制造技术使用的原材料主要有金属和非金属两大类,同时在原材料中还添加其他材料进行烧结、固化和热熔覆。按照添加材料的不同增材制造技术可以分为:快速原型制造技术和高性能金属构件直接制造技术。
  与传统的切削加工相比,增材制造技术可以实现金属材料零件制作过程的一步完成,其制造的过程是根据零件的三维CAD图进行的,因此与实际要求零件的尺寸精度相接近,后续的加工余量小,材料的利用率和生产效率都大幅的提高了。在使用增材制造技术的时候不需要大型的设备,可以为生产企业节约资源,同时制造时间短,具有较高的柔性可以根据产品的结构变化随时改变。
  二、钛合金增材制造技术的研究及应用现状
  (一)钛合金增材制造技术的研究现状
  随着增材制造技术的发展,世界各国都在积极地对钛合金增材制造技术进研究,以期钛合金增材制造技术能够在多方面得到应用。根据近几年的研究现在应用于钛合金零件加工中的生产工艺有激光选区熔化成形技术、电子束熔丝成形技术、激光立体成形技术和电子束选取熔化成形技术。
  钛合金增材制造技术的分析和未来趋势
  (二)钛合金增材制造技术在航空航天领域的应用
  增材制造技术最早于2001年开始应用于美国的舰载歼击机中,通过钛合金增材制造技术生产出飞机的承力结构件并应用于航空生产。2011年英国的南安普顿大学通过增材制造技术生产出包括无人机的机翼、控制面板和舱门的整体框架。2012年之后,钛合金增材制造技术在航空领域的应用取得前所未有的发展,钛合金零件不仅在飞机制造中得到广泛的应用,而且新型的钛合金材料开始在火箭、航天飞机等航天设备中得到应用,钛合金增材制造技术生产的零件极大的减少了航天设备之间的焊缝数量,由于钛合金的强度更高,使得航天设备的安全性大大提高。
  我国相关部门和科研院校也不断的对钛合金增材制造技术进行研究,现在已经在航空领域得到应用。我国运用钛合金增材制造技术生产的飞机机翼和主承力构件达到了相应的技术要求并应用于飞机制造。2013年北京航空航天大学通过钛合金增材制造技术制造出了钛合金飞机主承力构件,通过了技术验证且进行装机评审,这使我国成为世界上首个掌握钛合金飞机主承力构件设计制造的国家,标志着我国的钛合金增材制造技术进入世界的领先地位。
  (三)钛合金增材制造技术在在国防领域的应用
  在国防武器生产的过程中,对武器的材料性能要求较高,零件的精密度也有较高的要求。美国海军正在研究将增材制造技术设计到航空母舰上,将航母作为一个大型的武器生产工厂,根据需要和要求生产所需武器设备。同时美国的陆军也在研发“移动零件医院”实现武器零件的快速修复和快速生产,满足战场的需要。我国也正在加紧钛合金增材制造技术在国防领域应用的研究,实现武器生产的快速化和精密化,推动我国国防技术发展。
  (四)钛合金增材制造技术在医疗器械中的应用
  现代医疗中,钛合金技术已经得到应用,如人工关节。随着医疗水平的提高,人们对于人工关节或者其他的复合材料在身体中的应用也提出更高要求,这些应用于人体的材料应有更好的接触性和相容性,同时还应完成相应的功能。钛合金增材制造技术生产的人工关节确保关节具有良好的耐磨界面,同时能够很好地与骨组织进行容和,提高人工关节的质量和医疗水平。
  三、钛合金增材制造技术应用前景分析
  随着增材制造技术的发展,钛合金增材制造技术会在工程材料的各个方面得到应用。钛合金增材制造技术生产的钛合金完全可以替换传统钛合金材料。随着科学技术的进步,钛合金材料的应用范围将不仅仅局限于航空航天、国防和医疗卫生方面,钛合金增材制造技术也会不断的完善和发展。钛合金增材制造技术才刚开始,他的发展还需要不断改进和完善,需要科研院校和机构的共同努力。钛合金增材制造技术必向着生产复杂化、高精度化、大型化以及低成本的方向发展。同时,增材制造技术也会在各个领域得到应用,实现生产的快速化,促进我国制造业的快速发展,大力提高我国的经济发展速度。