揭秘我國金屬3D列印技術:0.5公斤鈦合金零件撐起400公斤重量

2020-12-13 千龍網·中國首都網

資料圖:3D金屬列印(Metal 3D printing)宣傳圖。

■0.5公斤零件撐起400公斤重量 中國太空飛行器試水3D列印

為了突破西方對於中國的核心技術封鎖,中國的企業家、科學家大膽實踐、勇於創新,不僅是造出了被西方國家壟斷的錸(lái)金屬核心部件,還創造出了新的金屬製造方式。2017年9月20日,世界頂尖的金屬3D列印設備製造商德國斯稜曼公司(SLM Solutions)與一家中國公司籤下了合作協議,與一家中國公司成立聯合應用研發中心,將展開針對中國市場的應用研發。

金屬材料的3D列印技術門檻高,難度大,附加值高,金屬3D列印的產值也佔到了整個3D列印行業的80%以上。在金屬3D列印方面,西方國家的技術也長期領先於中國。而如今,金屬3D列印正在越來越多地出現在中國製造的高端裝備上,這讓世界領先的企業,也注意到了中國企業在這個方面取得的創新和成就。

中國航天科技集團五院的展廳,濃縮了中國空間飛行器研製的主要成果,這些太空飛行器對於減少重量的要求,可謂是嚴苛之極,因為每增加一克的重量,就會給發射帶來很高的成本,並且會加大航天項目的複雜性,甚至直接影響到整個方案的可行性。為了減輕每一克的重量,研究人員從材料和結構上想了任何可能的辦法。

中國航天科技集團五院總體部增材製造技術項目經理張嘯雨說:這個就是我們目前工程上最輕的材料,叫蜂窩夾層結構,這種結構裡面全部是蜂窩,然後上下的面用的是碳纖維。這種碳纖維非常昂貴,它的一公斤差不多要比那個同等重量的黃金還要貴一些。減輕重量是不懈的追求。碳纖維材料,加之蜂窩狀的結構,這幾乎已經達到了減重的極限,但是工程技術人員對此還是不滿意,他們希望重量再降低一些。可是,如何才能實現新的突破呢?

位於北京市昌平區的一間廠房,正在生產著鈦合金、鋁合金、不鏽鋼等多種金屬的零部件。但是與其它的冶金廠房不同,在這裡,記者看不到金屬鍛造的大型設備,也看不到很多的技術工人操作,只看見一臺臺3D列印的機器在忙碌地工作著。這個金屬列印技術叫雷射選區熔化,使用雷射照射預先鋪展好的金屬粉末,使其成形固定。經過兩天時間,製造過程終於接近尾聲,技術人員小心翼翼地將「印表機」中多餘的粉末掃去,一個結構非常複雜和精巧的鈦金屬立方體顯現出來。

鑫精合雷射科技發展有限公司副總經理孫峰說:鈦合金在我們冶金行業,是一種非常難成形的一種材料牌號,它的冶金工藝非常的複雜,通過我們這次3D列印工藝,把這麼難做的一個鈦合金,通過我們3D列印工藝,呈現出這樣一個輕量化的結構來。

在製造業中,傳統製造的方式是「減材製造」,它是利用已有的幾何模型工件,用工具將材料逐步切削、打磨、減少,最終成為所需要的零件。而3D列印則恰恰相反,它是根據一個數字三維文件,在一個完全沒有任何材料的平面上,一點點逐層列印、添加材料,最終形成一個三維整體,這就是所謂的3D列印,也被稱為「增材製造」

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