3D打印為鈦合金零部件的加工提供了新的技術途徑

2017年3月，在上海舉行的亞洲3D打印、增材制造博覽會上，一件超大尺寸的航空發(fā)動機葉片吸引了參觀者的目光。這件933厘米的零件，是目前世界上SLM（鋪粉方式）技術打印的一次成形尺寸最大的鈦合金零件。葉片重量與同尺寸碳纖維復合材料葉片相當，但側向性能更好，整體化成形也使得零件的可靠性大大提高。航空發(fā)動機關鍵零部件，傳統(tǒng)技術生產(chǎn)難度極高。金屬3D打印技術，只需電腦設計好打印程序，按切面一層層打印即可。

金屬3D打印技術的優(yōu)勢，一是幾乎能制造出任何復雜結構的零件，非傳統(tǒng)技術可比；同時，其輕量化、拓撲優(yōu)化的特點，又能為材料實現(xiàn)可觀的減重，這在對重量“斤斤計較”的航空航天領域尤其重要。另外，航空航天零件結構復雜、成本高昂，一旦出現(xiàn)瑕疵或缺損，只能整體更換，可能造成不可估量的損失。但通過金屬3D打印技術，就可用同一材料將缺損部位修補成完整形狀，修復后的性能不受影響，大大節(jié)約了時間和金錢。

“金屬3D打印技術，為鈦合金零部件的加工提供了新的技術途徑，也為中國的航空制造打開了一扇新窗。”金屬3D打印技術，是因為設計歷來都要受限于生產(chǎn)技術和生產(chǎn)工藝。拿飛機設計來說，即使有再好的空氣動力學設計、再好的綜合性能設計，如果沒有一家公司能生產(chǎn)出來，沒有一個工廠能加工出適配的零部件，再好的設計都是白搭——金屬3D打印技術已經(jīng)解決和正在解決這一難題。這根鈦合金材質的C919中央翼緣條，尺寸3.07米，重量196千克，于2012年1月打印成功，同年通過商飛的性能測試，2013年成功應用在國產(chǎn)大飛機C919首架驗證機上。這是國產(chǎn)機型首次在設計驗證階段，利用3D打印技術制備承力部件，在國際民機的設計生產(chǎn)中亦屬首次。更重要的是，作為機翼關鍵部件，以我國當時的制造能力，還無法鍛造出這樣超大尺寸的復雜結構件。而如果向國外采購，又勢必影響大飛機的國產(chǎn)化率。

在C919的設計驗證階段，中央翼緣條的成功試制貢獻巨大，傳統(tǒng)工藝6個月才能完成的制造工作，用金屬3D打印技術耗時僅僅5天，并且一次成形，一次成功，金屬原料鈦合金涂層粉末，更是幾乎沒有半點浪費。金屬3D打印出的蜂窩狀金屬結構體，因良好的力學性能，輕量化、拓撲優(yōu)化的特點，可以廣泛應用于對材料要求極其嚴苛的航空航天航發(fā)領域。比如，替代傳統(tǒng)技術所生產(chǎn)的機翼、機身材料，在堅固結實的同時，大大地減輕航空航天器材自重，設計人員就無需再經(jīng)常為減重而不得不犧牲飛機性能，犧牲武器掛載。目前航空航天航發(fā)領域打印的兩萬余件零部件，在產(chǎn)品結構優(yōu)化和功能提升的同時，均實現(xiàn)了整體結構減重，最高減重超過60%。