Investigación sobre el desarrollo de tecnología de fabricación aditiva por láser de metales

La fabricación aditiva por láser (LAM) es una tecnología de fabricación aditiva que utiliza el láser como energía, lo que puede cambiar por completo el método de procesamiento de las piezas metálicas tradicionales. LAM se divide principalmente en fusión selectiva por láser (SLM) caracterizada por lecho de polvo y deposición directa por láser (LDMD) caracterizada por alimentación de polvo sincrónica. Por ejemplo, las boquillas de combustible para motores de aviones SLM de General Electric Company (GE) y los marcos de aleación de titanio para aviones Beihang LDMD son casos de aplicación típicos.

A juzgar por el desarrollo actual de la tecnología LAM metálica en el país y en el extranjero, todavía hay algunas direcciones técnicas para la industrialización, debido a la acumulación de teoría básica, avances en tecnologías clave, madurez de la tecnología de aplicación de ingeniería, La comercialización de la tecnología, la investigación y el desarrollo, y la promoción han restringido la aplicación industrial de la tecnología LAM en diversos grados. En la actualidad, la investigación nacional y extranjera se centra principalmente en la investigación controlable, centrándose en la investigación básica sobre porosidad, grietas, características microestructurales y anisotropía [5 ~ 9]. Hay pocos informes de investigación sobre el control de la forma de las placas, las pruebas y los estándares de productos, lo que también muestra que el LAM metálico se encuentra en la etapa de desarrollo de transición de la investigación técnica a la aplicación industrial.

A través de la literatura, encuestas de campo y cuestionarios, se clasificaron sistemáticamente el estado de desarrollo y las tendencias de la investigación y aplicación en el campo del LAM metálico, se analizaron las lagunas, la investigación teórica y las necesidades de aplicación en el país y en el extranjero. y se presentaron las aplicaciones industriales involucradas. Las tecnologías clave centrales y los procesos de cuello de botella se utilizan para promover el desarrollo de la aplicación industrial de la tecnología LAM metálica en mi país.

2. Análisis de la demanda de fabricación aditiva por láser de metal

LAM se basa en el corte analógico digital y logra una fabricación de piezas metálicas con forma casi neta mediante la superposición capa por capa. Es especialmente adecuado para piezas complejas y materiales degradados. La fabricación de componentes de alto rendimiento, piezas compuestas y materiales difíciles de mecanizar se ve favorecida en direcciones de fabricación avanzadas como la aeroespacial y la aeroespacial. Por un lado, las piezas relevantes tienen formas complejas y cambiantes, altos requisitos de rendimiento del material, procesamiento difícil y altos costos; por otro lado, los nuevos aviones se están desarrollando hacia un alto rendimiento, larga vida útil, alta confiabilidad y bajo costo; costo, y existe una necesidad urgente de adoptar una estructura general compleja y grande.

Las piezas formadas por SLM tienen alta precisión, pero el tamaño de las piezas está limitado por la sala de procesamiento. Por lo tanto, SLM se utiliza principalmente para el conformado de precisión de estructuras de precisión complejas de tamaño pequeño y mediano. Los atributos de la estructura del producto correspondiente son generalmente mayores que los atributos de soporte de carga. Para cumplir con los requisitos generales de rendimiento, la boquilla de combustible del motor de avión (circuitos internos complejos de aceite, circuitos de gas y cámaras), asientos de cojinetes, salas de control, palas, soportes de puertas de aviones, bisagras, válvulas de admisión de estructura de parrilla de cabina de energía auxiliar, componentes de escape como válvulas de aire y soportes satélite requieren un diseño estructural innovador para convertirse en aplicaciones adecuadas de la tecnología SLM.

Las piezas formadas por LDMD tienen mejores propiedades mecánicas, pero la precisión dimensional es relativamente baja. LDMD se utiliza principalmente para fabricar estructuras portantes complejas medianas o grandes. El rendimiento de carga de la estructura del producto correspondiente es generalmente mayor que el rendimiento funcional. Varios tipos de carcasas de motores de avión, compresores/turbinas y otras estructuras tienen formas complejas e incluso requieren materiales heterogéneos o funcionalmente clasificados para mejorar la eficiencia. Para reducir el peso y mejorar la eficiencia de carga, es necesario llevar a cabo un diseño de optimización de la topología estructural para componentes de carga, como juntas de aeronaves, trenes de aterrizaje, marcos de carga, marcos de poleas y marcos de carga de estructura de rejilla. de alas de aviones de alta velocidad/timones aerodinámicos. La extraordinaria complejidad y dificultad de fabricación de esta estructura imponen exigencias claras a la tecnología LDMD.

Además, es difícil garantizar la configuración local y el rendimiento de determinadas piezas de soporte de carga de aviones y motores con estructuras especiales, como salientes y orejetas locales, mediante el proceso de forjado. El bastidor de carga ultragrande de aleación de titanio de aviones grandes ha superado el límite superior de la capacidad de procesamiento de los equipos de forja existentes. Esto plantea una clara demanda en la tecnología de fabricación de compuestos de fabricación aditiva de forja/unión aditiva.

3. El estado de desarrollo de la fabricación aditiva por láser de metales en el extranjero

(1) Estado actual de la investigación tecnológica

1.

Las empresas relevantes han preparado polvo SLM mediante métodos como la atomización de gas inducida por vacío (VIGA), la atomización de gas de fusión inducida por electrodos sin crisol (EIGA), la atomización rotatoria por plasma (PREP) y la antorcha de plasma (PA), y tienen la capacidad de suministrar lotes, ocupando los principales mercados mundiales [10].

El enfoque de la investigación del proceso LAM está principalmente en el control de la microestructura y las propiedades. Se han realizado muchas investigaciones sobre la microestructura, los defectos y las propiedades del SLM y su relación con los parámetros del proceso. Por ejemplo, para piezas de acero inoxidable SLM, aumentar la potencia del láser y reducir la velocidad de escaneo ayudará a aumentar la densidad [11]; la alta rugosidad y porosidad de la superficie reducirá la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio AlSi10Mg SLM, y la película de óxido formada puede mejorar. la resistencia a la corrosión; las muestras AW7075 SLM de aleaciones de aluminio producen grietas perpendiculares a la dirección del material agregado, pero el precalentamiento del polvo de aluminio no tiene ningún efecto en el control de las grietas y la vida a la fatiga causada por las grietas internas es mucho menor que la causada por los procesos tradicionales [ 7].

La densidad de energía tiene un impacto significativo en la estructura SLM y los defectos de la aleación de titanio Ti-6Al-4V [5, 12, 13]: la baja densidad de energía conduce a una estructura de fase α β escamosa, que puede causar fácilmente poros y mala fusión. La alta densidad de energía conduce a la estructura α' de la martensita acicular, que promueve la segregación del aluminio y la formación de la fase α2-Ti3Al. La resistencia a la fatiga de la aleación Ti-6Al-4V depositada es aproximadamente un 80% menor que la de las piezas forjadas [6]. El prensado isostático en caliente puede reducir la porosidad y mejorar el rendimiento. Para SLM de aleación monocristalina CMSX486, la baja densidad de energía reduce las grietas y la alta densidad de energía reduce la porosidad [8]. La sección longitudinal de la aleación SLM CM247LC está compuesta principalmente por granos γ columnares. La segregación de Hf, Ta, W y Ti aumenta los precipitados y la tensión residual, lo que provoca agrietamiento interno de la pieza [14]. Las microfisuras en la superaleación SLM IN738LC están relacionadas con el enriquecimiento y la segregación de Zr en los límites de grano [15]. Agregar una cantidad adecuada de Re puede refinar las dendritas de la aleación IN718, pero un exceso de Re es perjudicial para la resistencia a la fatiga [14]. La aleación Hastelloy-X de SLM forma granos equiaxiales después del tratamiento térmico y el límite elástico disminuye. Después del prensado isostático en caliente, la resistencia a la tracción vuelve al nivel depositado y el alargamiento se puede aumentar en 15 [16].

Se han realizado muchos estudios detallados en el extranjero sobre el proceso LAM metálico. Se entiende que a un fabricante de equipos alemán le lleva de 6 a 8 meses desarrollar la tecnología SLM para un nuevo material, y es necesario ajustar más de 70 parámetros. Lograr un diseño estructural liviano a través de la optimización de la topología también es el foco de la investigación de aplicaciones SLM. Se han propuesto en el extranjero nuevos conceptos como la fabricación guiada por el diseño y la prioridad de funciones. También se ha desarrollado una tecnología de diseño de soporte especial para eliminar la necesidad de cortar piezas del sustrato, acortando efectivamente el ciclo de recolección.

Además, la investigación y formulación de estándares LAM metálicos se han ido desarrollando junto con las aplicaciones tecnológicas. En 2002, Estados Unidos publicó los "Productos de deposición láser de aleación de titanio recocido Ti-6Al-4V" y posteriormente publicó 19 normas relacionadas, que cubren el recocido de productos y los sistemas de prensado isostático en caliente, los sistemas de envejecimiento y los sistemas de recocido de alivio de tensión durante el proceso de fabricación. y muchos otros aspectos. La formación oportuna de normas ha jugado un papel de apoyo fundamental en la aplicación industrial de la tecnología LAM.

2. Tecnología de deposición directa por láser

En 1995, la Universidad Johns Hopkins, la Universidad Estatal de Pensilvania y MTS Systems Co., Ltd. desarrollaron conjuntamente una tecnología de deposición láser de gran tamaño basada en alta La tecnología láser de CO2 de alta potencia para piezas de aleación de titanio tiene una tasa de deposición de 1 a 2 kg/h, lo que promueve la aplicación de piezas LDMD en aviones [12].

La investigación sobre la tecnología LDMD incluye principalmente el proceso de conformado y las propiedades estructurales. Las propiedades mecánicas de las piezas formadas LDMD preparadas por Sandia National Laboratories y Los Alamos National Laboratories son cercanas o incluso mejores que las de las piezas forjadas tradicionales. El Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana ha estudiado la relación entre la estabilidad, la precisión de la pieza, la microestructura, las propiedades mecánicas y los parámetros del proceso durante el proceso de reparación LDMD de palas monocristalinas. La tecnología de reparación formada se ha aplicado en ingeniería.

La tecnología LDMD de la aleación Ti-6Al-4V ha sido estudiada en profundidad por académicos extranjeros, revelando la relación entre los parámetros del proceso y la estructura y las propiedades mecánicas de la fabricación aditiva, y aclarando el impacto del ajuste del proceso y prensado isostático en caliente sobre la estructura y propiedades mecánicas El efecto de ajuste del rendimiento [13, 17 ~ 19].

La tecnología LDMD proporciona una mayor libertad para controlar la microestructura de los materiales: ajustando las condiciones de nucleación y crecimiento de la superaleación a base de níquel LDMD, se pueden obtener las estructuras monocristalinas y policristalinas esperadas [9] de la NASA (tecnología LDMD de EE. UU. desarrollada por la Aeronáutica Nacional); y la Administración del Espacio permite que el rendimiento de las piezas varíe de una pieza a otra. Al combinar la tecnología LAM con métodos de corte tradicionales, las empresas alemanas pueden procesar piezas con formas complejas que son difíciles de fabricar con procesos tradicionales, y se mejora la precisión del producto y la rugosidad de la superficie [11].

(2) Estado actual del desarrollo de equipos

Los equipos LAM económicos y eficientes son la base para la promoción y aplicación de la tecnología LAM. El desarrollo de equipos SLM se concentra en países como Alemania, Francia, el Reino Unido, Japón y Bélgica, mientras que los países de desarrollo de equipos LDMD incluyen principalmente a Estados Unidos y Alemania.

1. Equipos de fusión selectiva por láser

Alemania es el primer país en investigar tecnología y equipos SLM. El equipo SLM lanzado por la empresa EOS tiene ciertas ventajas técnicas. Se aplicaron equipos pertinentes a la fabricación de boquillas de combustible para los motores de avión LEAP de GE y se mejoró aún más la calidad de los productos fabricados mediante el seguimiento del proceso de fabricación aditiva. Realizer GmbH es única por sus soluciones integrales de diseño y tecnología de apilamiento de piezas; los equipos de Concept Laser son conocidos por su gran tamaño de construcción. SLM Solutions es líder en tecnología láser y tecnología de gestión del flujo de aire. American 3D Systems confía en las ventajas técnicas de su sistema especial de deposición de polvo para formar características detalladas precisas. La empresa británica Renishaw PLC tiene características técnicas en cuanto a flexibilidad en el uso del material y facilidad de sustitución.

2. Equipo de deposición directa por láser

La empresa estadounidense EFESTO tiene ventajas técnicas en LAM metálicos de gran tamaño. El tamaño de estudio de los equipos LDMD desarrollados puede alcanzar los 1500 mm 1500 mm 2100 mm. El equipo LDMD introducido por Optomec en Estados Unidos tiene un espacio de estudio de 900 mm, 1500 mm y 900 mm, equipado con una mesa de trabajo móvil de 5 ejes y una velocidad máxima de moldeo de 1,5 kg/h. El sistema de procesamiento integrado por láser proporciona. por empresas alemanas también es un equipo LDMD convencional.

En los últimos años, los equipos de procesamiento compuesto para sumar y restar materiales se han convertido en un nuevo punto de moda en el mercado. La empresa japonesa DMG presentó el equipo LDMD, equipado con un láser de 2 kW y complementado con una fresadora CNC de 5 ejes. La velocidad de moldeo es 20 veces mayor que la de un lecho de polvo convencional y las partes inaccesibles de la pieza final se pueden fresar durante el proceso de fabricación. El equipo relevante introducido por la compañía japonesa Mazak puede realizar procesamiento de compuestos de torneado y fresado de 5 ejes. Sus objetos de aplicación incluyen piezas forjadas o fundidas poligonales, piezas rotativas, piezas complejas con formas especiales, etc.

㈢Estado de la aplicación

La aleación de titanio LAM ha logrado importantes aplicaciones en el campo de la aviación. Estados Unidos es el primero en aplicar piezas de soporte de carga de aleación de titanio LDMD a aviones de combate basados ​​en portaaviones; Carpenter Technology utiliza acero inoxidable personalizado de alta resistencia fabricado mediante fabricación aditiva para producir engranajes de aviación avanzados y el mantenimiento de aviones F-22 utiliza SLM; Soportes resistentes a la corrosión, lo que acorta significativamente el tiempo de reparación. El Reino Unido ha aplicado con éxito la tecnología LDMD a la fabricación de la estructura general de los drones.

La tecnología SLM se ha utilizado ampliamente en la fabricación de piezas complejas para motores de aviación. La empresa estadounidense GE tomó la delantera en la aplicación de la tecnología SLM a la producción de carcasas de sensores de temperatura para compresores de alta presión. Este producto ha sido aprobado por la Administración Federal de Aviación (FAA) de EE. UU. y está equipado con más de 400 motores aeronáuticos GE90-40B. Los inyectores de combustible de los motores aeronáuticos de la serie GE LEAP también se fabrican con tecnología SLM (la capacidad de producción en 2020 es de 44.000 inyectores al año). Pratt & Whitney de Estados Unidos utiliza la tecnología SLM para producir fundas de boroscopio equipadas con motores de avión PW1100G-JM. El conjunto de cojinete delantero de aleación de titanio del motor de avión Trent XWB-97 (incluidas 48 paletas guía de perfil aerodinámico) es fabricado por Rolls-Royce en el Reino Unido utilizando SLM.

Desde 2012, la tecnología LAM se utiliza en la fabricación de naves espaciales.

La NASA utiliza la tecnología LAM para fabricar juntas curvadas para el motor del cohete RS-25, reduciendo el número de piezas, soldaduras y pasos de procesamiento en aproximadamente un 60% en comparación con los métodos tradicionales. Si el motor del cohete de hidrógeno y oxígeno adopta un método de diseño y fabricación integrado, el número total de piezas se reducirá en 80. El grupo francés Thales utilizó tecnología SLM para fabricar componentes de antena TTC (aleación de aluminio) para los satélites de comunicaciones Koreasat5A y Koreasat7. La masa se redujo en aproximadamente un 22% y el costo se ahorró en aproximadamente un 30%.

La promoción y aplicación de la tecnología LAM ha acelerado la optimización de la topología estructural y el diseño de la estructura de red de vehículos aeroespaciales. El soporte de montaje de aleación de aluminio de la antena de telemetría/control remoto de la plataforma satelital europea Astrium Eurostar E3000 es fabricado por LAM Company. La masa se reduce en aproximadamente un 35 % y la rigidez estructural aumenta en aproximadamente un 40 %. La empresa estadounidense Cobra Aero colaboró ​​con la empresa británica Renishaw PLC para completar la fabricación del componente integral del motor LAM con una compleja estructura de rejilla. Además, se ha comenzado a aplicar la tecnología de procesamiento combinado de materiales aditivos y sustractivos. Virgin Orbit de Estados Unidos utiliza máquinas herramienta híbridas aditivas/sustractivas para fabricar y terminar piezas de la cámara de combustión de motores de cohetes, y completó 24 pruebas de motores en 2019.

(4) Experiencia e inspiración en el desarrollo

Mirando hacia atrás en la historia del desarrollo de la tecnología LAM metálica en el mundo, es importante impulsar la investigación tecnológica y el desarrollo de equipos con el desarrollo industrial, y mejorar la competitividad del mercado a través de la experiencia de integración industrial. Las empresas de aplicaciones se centran en la calidad de fabricación y los costos de producción de sus productos. Como organismo principal y mayor beneficiario del desarrollo tecnológico, pueden integrar materiales, procesos, equipos, verificación, investigación estándar y capacitación de personal para promover el desarrollo de la industria LAM de manera más eficiente. Por ejemplo, la aplicación industrial LAM de la empresa estadounidense GE ocupa una posición de liderazgo en el mundo, principalmente debido a la estrategia de consolidación de la industria de adquirir empresas de control de calidad de fabricación y empresas de equipos de fabricación aditiva para fortalecer la integridad de la cadena industrial de fabricación de productos LAM; Más de 300 productos en todo el mundo. Equipos de fabricación de grado industrial. Las empresas extranjeras conceden gran importancia al cultivo de talentos en la fabricación de productos LAM. Por ejemplo, GE tiene un centro de formación en fabricación aditiva equipado con equipos especiales que pueden formar a cientos de ingenieros cada año.

IV. Estado de desarrollo y análisis de brechas de la fabricación aditiva por láser de metales en el país

Estado de desarrollo

1. Se han realizado muchas investigaciones sobre la estructura, los defectos, el control de tensiones y deformaciones de LDMD [11, 13, 14]. La Universidad de Beihang ha desarrollado algunas tecnologías clave, como los defectos internos de LDMD y el control de calidad de grandes piezas estructurales de aleación de titanio [20]. La Universidad Politécnica de Northwestern ha completado la fabricación LDMD de bridas de aleación de titanio extragrandes para aviones, y la precisión de la formación y el control de la deformación han alcanzado un alto nivel. La Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Shenyang propuso un método de formación de escaneo segmentado para controlar eficazmente la deformación y el agrietamiento de las piezas en el proceso LDMD. Youyan Engineering Technology Research Institute Co., Ltd. ha logrado avances en el control de calidad de la interfaz y en cuestiones complejas de control de integración de formas de diferentes materiales como TC11 y TA15/Ti2AlNb en términos de impulsores y entradas de aire, y los productos han pasado la prueba.

En China, la investigación sobre el control preciso de las dimensiones de la forma y la rugosidad de la superficie es el foco de la tecnología SLM. Xian Bo Laser Forming Technology Co., Ltd. utiliza el método SLM para procesar piezas de canal de flujo con una apertura mínima de aproximadamente 0,3 mm y un espesor de pared mínimo de piezas de paredes delgadas de aproximadamente 0,2 mm; alcanza los 0,2 mm y la rugosidad Ra no es superior a 3,2 micrones. La Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing toma la fabricación de precisión SLM como su línea principal y mejora el rendimiento integral de las piezas a través del control total del proceso. La Universidad Xi Jiaotong aplica LAM a la fabricación de palas huecas de turbinas, hélices de aviación, piezas de automóviles, etc. [11].

El Instituto de Investigación de Materiales Aeronáuticos de Beijing para el Desarrollo de la Aviación de China ha completado un estudio exhaustivo de la tecnología LAM: el blisk integral de turbina de doble aleación a base de níquel fabricado por LDMD pasó la prueba de sobrerotación y fue reparado por se han añadido materiales al tren de aterrizaje del avión Er-76; se ha desarrollado el sistema de evaluación de escaneo ultrasónico LAM y se han establecido estándares de prueba y bloques de prueba de comparación. Los resultados técnicos de la evaluación y las pruebas no destructivas se aplican a la inspección por lotes de bastidores de poleas de aviones, bastidores y otras piezas de instalación.

En términos de polvo SLM, los productos nacionales básicamente cumplen con los requisitos del proceso de moldeo. El Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China ha logrado un gran avance en la tecnología de preparación limpia de aleación de titanio ultrafina y polvo de aleación de alta temperatura para SLM, y su rendimiento ha alcanzado el nivel de los productos importados. Los productos en polvo de aleación de titanio y aleación de alta temperatura desarrollados por Xi'an Ouzhong Material Technology Co., Ltd. se han utilizado en ingeniería.

2. Equipos LAM de metal

Los dispositivos LDMD y SLM domésticos tienen sólidas capacidades de RD y han ganado una cierta participación en el mercado de aplicaciones. Xi'an Bolite Laser Forming Technology Co., Ltd. ha desarrollado de forma independiente equipos de la serie SLM y equipos de serie de reparación láser de alto rendimiento. Nanjing Zhongke Chenyu Laser Technology Co., Ltd. ha desarrollado equipos centrales como alimentadores de polvo coaxiales con zoom automático, alimentadores de polvo remotos y cajas de purificación de circulación de gas inerte de alta eficiencia. Y formó una serie de equipos LDMD metálicos. Además, Beijing OnePlus 3D Technology Co., Ltd. y Beijing Xinghang Mechanical and Electrical Equipment Co., Ltd. han logrado buenos avances en la producción en pequeños lotes de equipos SLM industriales y de pequeños metales, y Shanghai Aerospace Equipment Manufacturing General Co. , Ltd. ha logrado buenos avances en la producción de equipos SLM estándar de gran formato y se ha logrado buenos avances en el desarrollo de equipos robóticos LDMD.

3. Aplicación Metal LAM

LDMD se utiliza principalmente para fabricar estructuras portantes. El bastidor de carga principal, el tren de aterrizaje principal y otros componentes fabricados por la Universidad de Beihang se han utilizado en vehículos aeroespaciales, motores de turbina de gas y otros equipos. El Instituto de Investigación y Diseño de Aeronaves de la Industria de la Aviación de Shenyang ha promovido la madurez de la tecnología LDMD a través de la verificación de aplicaciones de ingeniería y ha realizado la aplicación de 8 tipos de materiales metálicos y 10 tipos de piezas estructurales en aeronaves. El Primer Instituto de Investigación y Diseño de Aeronaves de la Industria de la Aviación ha realizado la instalación y aplicación de piezas LDMD para el marco exterior de la polea del flap principal y el brazo del timón de cola de un avión grande. La fabricación y aplicación de LDMD de grandes estructuras de cabina de esqueleto de paredes delgadas ha sido realizada por el Instituto de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de Beijing.

SLM se utiliza principalmente para la fabricación de piezas complejas. En el campo de la aviación, el Instituto de Investigación de Tecnología de Fabricación de Aviación de China ha realizado la instalación y aplicación de productos SLM; el Instituto de Diseño de Aeronaves de la Industria de la Aviación de Chengdu ha utilizado válvulas de entrada/escape de estructura de rejilla de cabina de energía auxiliar SLM en aviones. El Instituto de Investigación y Diseño de Helicópteros de la Industria de la Aviación ha implementado la instalación y aplicación de piezas SLM en estructuras de rejillas de ventilación, estructuras de sellado a prueba de lluvia y estructuras de múltiples cavidades de entrada de aire. En el campo aeroespacial, se han instalado y aplicado productos SLM, como soportes intermitentes para tanques, radiadores espaciales y guías de Shanghai Aerospace Equipment Manufacturing Factory Co., Ltd., productos SLM como piezas estructurales de cabina y superficies de control de Beijing Xinghang Mechanical y; Electrical Equipment Co., Ltd. se han utilizado en tierra y verificación de pruebas de vuelo. El Instituto de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de Beijing ha logrado la fabricación SLM de piezas pequeñas y complejas, y la madurez tecnológica de las superficies de control, soportes y otros productos ha alcanzado el nivel 5. Xinjinghe Laser Technology Development (Beijing) Co., Ltd. ha utilizado SLM para fabricar; Estructuras tipo sándwich de celosía de aleación de titanio de paredes delgadas y gran tamaño (marco de ventana recolectora de calor), que cumple con los estrictos requisitos técnicos de los aviones de exploración del espacio profundo.

Además, Xi Anbo Laser Forming Technology Co., Ltd. utiliza la tecnología SLM para proporcionar más de 8.000 piezas para el campo aeroespacial cada año, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong crea gradientes con canales de enfriamiento conformes agregando; y sustracción de materiales. Los moldes de materiales se utilizan ampliamente en la industria.

(2) Brecha enfrentada

1. Existe una brecha en la tecnología de diseño y preparación de materiales LAM metálicos.

La teoría del diseño y el sistema de métodos de materiales especiales LAM en mi país todavía son relativamente débiles y el trabajo de diseño de materiales especiales es escaso y disperso. La tecnología de genómica de materiales acorta el ciclo de investigación y desarrollo y reduce los costos de investigación y desarrollo, y se ha utilizado con éxito en el diseño de materiales relacionados en el extranjero. La investigación sobre la tecnología del genoma de materiales y su aplicación para mejorar el rendimiento de materiales específicos de LAM es relativamente débil en China.

En términos de preparación de polvo, la tecnología doméstica de atomización de argón al vacío es relativamente madura y las propiedades del acero inoxidable preparado y los polvos de aleaciones a base de níquel básicamente cumplen con los requisitos del proceso de formación. Existe una gran brecha en la preparación de polvos ultrafinos de aleaciones de titanio y aleaciones de aluminio. Los principales problemas son la escasa esfericidad del polvo y el bajo rendimiento del polvo fino, que no pueden cumplir los requisitos del conformado SLM, lo que hace que las aplicaciones prácticas sigan dependiendo de las importaciones.

2.Existe un vacío en la tecnología de diseño y fabricación de equipos LAM metálicos.

La brecha entre China y las potencias tecnológicas de LAM, como Estados Unidos y Alemania, radica principalmente en tecnología y equipamiento.

La mayor parte del equipo SLM utilizado en nuestro país se importa de Alemania, mientras que el equipo SLM utilizado en proyectos a gran escala depende principalmente de las importaciones. Las empresas nacionales carecen de capacidad de autoinvestigación en componentes básicos como láseres y galvanómetros, y es necesario mejorar urgentemente el tamaño del procesamiento, la estabilidad y la precisión de los equipos nacionales. El software de control interno para el seguimiento del proceso y la formación del estado del flujo de polvo, el estado del baño fundido, etc. aún no está completo.

3. Investigación insuficiente sobre la tecnología LAM metálica

Con la mejora continua de las propiedades de los materiales de equipos importantes como motores de turbina y aviones, la procesabilidad de los materiales ha disminuido. La investigación nacional sobre la tecnología LAM para materiales de la columna vertebral de la aviación es insuficiente y no existe un método eficaz para controlar la deformación por tensión y el agrietamiento. Los defectos estructurales internos de las piezas no se han erradicado, las propiedades mecánicas de las piezas son uniformes y la estabilidad del lote no es buena. Incluso falta investigación sobre los procesos LAM para materiales estructurales de temperaturas ultraaltas necesarios para motores aeronáuticos avanzados y aviones de alta velocidad.

4. La precisión dimensional y la rugosidad de la superficie del producto no cumplen con los requisitos técnicos.

Las piezas estructurales de aviones LDMD generalmente tienen tolerancias de mecanizado, y la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie no son necesariamente limitaciones clave. La mayoría de las piezas de los motores de turbina son piezas estructurales complejas con canales y cavidades de flujo interno. La precisión dimensional del SLM correspondiente es de aproximadamente 0,1 mm y la rugosidad de la superficie Ra es de aproximadamente 6,3, lo que aún está muy por detrás de las piezas fundidas de precisión. Los productos relacionados también enfrentan el problema de una investigación insuficiente sobre el moldeado y el procesamiento de superficies internas.

5. Falta de estándares rectores para LAM metálicos

En la actualidad, un problema común que enfrenta la industria LAM de mi país es la falta de estándares de control de calidad, lo que resulta en que los productos LAM metálicos tengan malos resultados. desempeño en diseño, materiales, procesos, pruebas. Falta una base de aceptación en aspectos como el desempeño del tejido y la precisión dimensional. Como base de aplicación de piezas, se utilizan datos básicos como ensayos no destructivos, propiedades mecánicas, mapas metalográficos, etc. , debido a la falta de organización, las normas de los productos son difíciles de formular y la aplicación y promoción industrial no están suficientemente garantizadas.

5. Análisis de tecnologías clave para la fabricación aditiva por láser de metales en mi país

1. Diseño y fabricación de equipos centrales de primera clase para procesamiento láser.

Desarrollar dispositivos centrales con derechos de propiedad intelectual independientes, centrarse en mejorar la calidad y el rendimiento de dispositivos básicos como procesadores, memorias, controladores industriales, sensores de alta precisión, convertidores digitales/analógicos, y diseñar y fabricar los núcleo de equipos de proceso Dispositivos y componentes clave; investigación y desarrollo de sistemas de conformación de haz y láser de alta calidad, galvanómetros de escaneo láser de alta potencia, espejos de enfoque dinámico y otros dispositivos ópticos de precisión, y procesamiento de boquillas de alta precisión y otros componentes centrales.

2. Estrategia de escaneo, programación de parámetros y monitoreo en línea.

Lograr avances en la tecnología de software en los aspectos de diseño de datos, procesamiento de datos, biblioteca de procesos, análisis de procesos y planificación inteligente de procesos, sistemas de detección y monitoreo en línea y control inteligente adaptativo del proceso de conformado. , cree un sistema de software de soporte central LAM con derechos de propiedad intelectual independientes.

3. Optimización del diseño de materiales LAM basada en el genoma de materiales.

Se desarrollaron modelos tecnológicos de alto rendimiento para sustancias especiales alejadas de las condiciones de equilibrio y se desarrollaron simulaciones multiescala adecuadas para cálculos de alto rendimiento. algoritmo. Se estudió la tecnología de preparación de materiales en polvo con composición y microestructura controlables y se estableció una biblioteca de genes de materiales mediante experimentos de paso alto. Gracias a la cooperación de la informática, los experimentos y las bases de datos de Qualcomm, se desarrollaron rápidamente materiales específicos de LAM con un rendimiento excelente.

4. Controlabilidad de LAM y control de forma de estructuras típicas de materiales principales

Para algunos materiales clave y piezas típicas, se han llevado a cabo tecnologías clave comunes para la controlabilidad de LAM y el control de forma de piezas. Investigación de aplicaciones de ingeniería. Dominar los factores y soluciones que afectan la calidad final en el proceso de fabricación de piezas y formar un sistema de tecnología LAM que pueda usarse en ingeniería, involucrando control de materias primas, equipos de proceso, tecnología de conformado, tratamiento térmico, mecanizado, tratamiento de superficies, no- pruebas destructivas y pruebas de verificación. Preste atención a la uniformidad y estabilidad del lote de piezas LAM, que cumplen con los requisitos de las aplicaciones prácticas de ingeniería.

Conclusión del verbo intransitivo

Para ponerse al día con la tecnología LAM metálica y sus aplicaciones de ingeniería, el desarrollo de LAM en mi país debe seguir la ley objetiva de "tecnología-producto-industria" y consolidarse. control del desempeño organizacional Base técnica, compensar las deficiencias del equipo central en investigación y desarrollo de hardware y software e integración, fortalecer el control de calidad, los estándares y la verificación de los productos, y promover constantemente la aplicación industrial.

(1) Consolidar la base de investigación de la fabricación aditiva por láser y aprovechar plenamente el papel de las universidades y los institutos de investigación científica en la exploración e investigación tecnológica. Los departamentos industriales o unidades de aplicaciones tomarán la iniciativa en el desarrollo del proceso LAM y la verificación del rendimiento del producto. Basado en el principio de lo fácil primero y luego lo difícil, se expandirá gradualmente desde los metales convencionales a materiales avanzados como los compuestos intermetálicos y el niobio-silicio ultraalto. aleaciones de temperatura.

(2) Promover de forma ordenada la investigación de aplicaciones de ingeniería. Seleccionar con anticipación productos representativos en los campos de la aviación y aeroespacial, llevar a cabo controles de calidad, estándares y verificación de LAM, y realizar aplicaciones de ingeniería y producción en masa de productos lo antes posible y luego expandirse gradualmente a productos de alto valor con estructuras complejas y condiciones de trabajo duras; y rendimiento de procesamiento deficiente, y promoverlo y aplicarlo en campos de fabricación avanzados como la industria nuclear, armas, automóviles y equipos eléctricos.

(3) Llevar a cabo investigación y formulación de estándares de control de calidad de productos Lim. Acumule datos básicos, como pruebas no destructivas de defectos de LAM, propiedades mecánicas, mapas metalográficos y vida a fatiga. , determinar la base de aceptación de materiales, procesos, pruebas no destructivas, microestructura y propiedades mecánicas, precisión dimensional, rugosidad de la superficie, etc. y formular normas técnicas para los productos LAM chinos.

(4) Combinado con las necesidades reales de la industria, agregar especialidades relacionadas con LAM en colegios y universidades y colegios vocacionales y técnicos para cultivar talentos profesionales y técnicos para las empresas. El centro de capacitación LAM se establece en empresas tecnológicamente superiores para brindar capacitación especial a diseñadores, técnicos y operadores de equipos en múltiples industrias nacionales, y brindar apoyo intelectual para el desarrollo de la industria LAM.