鈦合金增材制造技術的分析和未來趨勢

魔猴君  行業(yè)資訊   2158天前

3D打印技術從20世紀90年代開始出現(xiàn)，其發(fā)展的基礎是高能量熱熔覆技術和快速原型技術，與傳統(tǒng)制造技術相比，不用經(jīng)過各種刀具的切割和多種繁雜工序的加工，大大縮減了加工時間，同時對于結構復雜的部件，其加工過程和制造精度更高。 目前鈦合金產(chǎn)品已經(jīng)在多個領域得到應用，這些產(chǎn)品的結構較復雜、品種多、批量小且性能要求高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造技術沒有辦法滿足這些產(chǎn)品要求，而3D打印技術能夠滿足鈦合金產(chǎn)品制造技術和性能要求，因而得到廣泛應用。

一、3D打印技術概述

3D打印技術主要是通過計算機中生成部件的三維CAD模型，根據(jù)模型的尺寸數(shù)據(jù)采用激光熔覆的方式將部件的材料通過噴墨的形式逐層堆積起來形成立體部件的技術。3D打印工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適用范圍廣，可根據(jù)計算機內(nèi)部件三維圖的不同隨時改變制造部件的結構、品種等，對于產(chǎn)品結構復雜、材料活性高、要求純度高的金屬部件的制造特別適用。 3D打印技術使用的原材料主要有金屬和非金屬兩大類，同時在原材料中還添加其他材料進行燒結、固化和熱熔覆。按照添加材料的不同3D打印技術可以分為：快速原型制造技術和高性能金屬構件直接制造技術。 與傳統(tǒng)的切削加工相比，3D打印技術可以實現(xiàn)金屬材料部件制作過程的一步完成，其制造的過程是根據(jù)部件的三維CAD圖進行的，因此與實際要求部件的尺寸精度相接近，后續(xù)的加工余量小，材料的利用率和生產(chǎn)效率都大幅的提高了。在使用3D打印技術的時候不需要大型的設備，可以為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約資源，同時制造時間短，具有較高的柔性可以根據(jù)產(chǎn)品的結構變化隨時改變。

二、鈦合金3D打印技術的研究及應用現(xiàn)狀

（一）鈦合金3D打印技術的研究現(xiàn)狀

隨著3D打印技術的發(fā)展，世界各國都在積極地對鈦合金3D打印技術進研究，以期鈦合金3D打印技術能夠在多方面得到應用。根據(jù)近幾年的研究現(xiàn)在應用于鈦合金部件加工中的生產(chǎn)工藝有激光選區(qū)熔化成形技術、電子束熔絲成形技術、激光立體成形技術和電子束選取熔化成形技術。

（二）鈦合金3D打印技術在航空航天領域的應用

據(jù)魔猴網(wǎng)了解，3D打印技術最早于2001年開始應用于美國的艦載殲擊機中，通過鈦合金3D打印技術生產(chǎn)出飛機的承力結構件并應用于航空生產(chǎn)。2011年英國的南安普頓大學通過3D打印技術生產(chǎn)出包括無人機的機翼、控制面板和艙門的整體框架。2012年之后，鈦合金3D打印技術在航空領域的應用取得前所未有的發(fā)展，鈦合金部件不僅在飛機制造中得到廣泛的應用，并且新型的鈦合金材料開始在火箭、航天飛機等航天設備中得到應用，鈦合金3D打印技術生產(chǎn)的部件極大的減少了航天設備之間的焊縫數(shù)量，由于鈦合金的強度更高，使得航天設備的安全性大大提高。 我國相關部門和科研院校也不斷的對鈦合金3D打印技術進行研究，現(xiàn)在已經(jīng)在航空領域得到應用。我國運用鈦合金3D打印技術生產(chǎn)的飛機機翼和主承力構件達到了相應的技術要求并應用于飛機制造。2013年北京航空航天大學通過鈦合金3D打印技術制造出了鈦合金飛機主承力構件，通過了技術驗證且進行裝機評審，這使我國成為世界上首個掌握鈦合金飛機主承力構件設計制造的國家，標志著我國的鈦合金3D打印技術進入世界的領先地位。

（三）鈦合金3D打印技術在在國防領域的應用

在國防武器生產(chǎn)的過程中，對武器的材料性能要求較高，部件的精比重也有較高的要求。美國海軍正在研究將3D打印技術設計到航空母艦上，將航母作為一個大型的武器生產(chǎn)工廠，根據(jù)需要和要求生產(chǎn)所需武器設備。同時美國的陸軍也在研發(fā)“移動部件醫(yī)院”實現(xiàn)武器部件的快速修復和快速生產(chǎn)，滿足戰(zhàn)場的需要。我國也正在加緊鈦合金3D打印技術在國防領域應用的研究，實現(xiàn)武器生產(chǎn)的快速化和精密化，推動我國國防技術發(fā)展。

（四）鈦合金3D打印技術在醫(yī)療器具中的應用

現(xiàn)代醫(yī)療中，鈦合金技術已經(jīng)得到應用，如人工關節(jié)。隨著醫(yī)療水平的提高，人們對于人工關節(jié)或者其他的復合材料在身體中的應用也提出更高要求，這些應用于人體的材料應有更好的接觸性和相容性，同時還應完成相應的功能。鈦合金3D打印技術生產(chǎn)的人工關節(jié)確保關節(jié)具有良好的耐磨界面，同時能夠很好地與骨組織進行容和，提高人工關節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。

三、鈦合金3D打印技術應用前景分析

隨著3D打印技術的發(fā)展，鈦合金3D打印技術會在工程材料的各個方面得到應用。鈦合金3D打印技術生產(chǎn)的鈦合金完全可以替換傳統(tǒng)鈦合金材料。隨著科學技術的進步，鈦合金材料的應用范圍將不僅僅局限于航空航天、國防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金3D打印技術也會不斷的完善和發(fā)展。鈦合金3D打印技術才剛開始，他的發(fā)展還需要不斷改進和完善，需要科研院校和機構的共同努力。鈦合金3D打印技術必向著生產(chǎn)復雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發(fā)展。同時，3D打印技術也會在各個領域得到應用，實現(xiàn)生產(chǎn)的快速化，促進我國制造業(yè)的快速發(fā)展，大力提高我國的經(jīng)濟發(fā)展速度。

來源：中國3D打印網(wǎng)