我國3D列印工藝「鈦」牛逼:0.5公斤鈦合金零件可撐起400公斤重量!
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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。
去年9月,世界頂尖的金屬3D列印設備製造商德國斯棱曼公司(SLM Solutions)與一家中國公司簽下合作協議,並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,這些航天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表示:蜂窩夾層結構,是目前工程上最輕的材料,這種結構裡面全部是蜂窩,上下面用碳纖維。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。
但是,如何能實現新的突破呢?答案是:3D列印。這個金屬列印技術叫激光選區熔化,使用激光照射預先鋪展好的金屬粉末,使其成形固定。經過兩天,製造接近尾聲,技術人員再小心翼翼地將「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就會顯現出來。
鈦合金在冶金行業,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,但是通過3D列印工藝,難做的鈦合金,已然能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」。
一個邊長20厘米左右的立方體,如果用傳統的金屬鑄造工藝製造,重量至少要在5公斤以上,而這樣的零件的重量卻只有0.5公斤,只有以前的十分之一,大大減輕了重量,卻具備高強度。比如,將近100公斤的人,站在這個立方體上是沒有問題的,另外,它最大的承受力在300到400公斤,那可能是800倍到1000倍的載荷。
目前,在我國很多飛機、船舶甚至航天器的重要零部件上,都可以見到金屬3D列印的身影。無論是飛機、船舶的發動機、零部件,還是運載火箭、空間航天飛行器、無人機等航空航天設備,金屬3D列印部件正在悄悄地取代著傳統製造的零件,並給航空航天等高端製造提供了更多的可能。航天器上很多大大小小的零件,都可以用這種結構來替代原有的較為笨重的金屬。甚至一根頭髮絲,就可以吊起來一個體積不小的衛星上的小零件。
3D列印工藝輕量化效果非常好,整個零件的減重可達30%以上,在火箭發射這一塊,成本可節約幾百萬,甚至上千萬人民幣。
3D列印作為一項前沿性的先進位造技術,已經成為全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力。 然而,多數的設備和工藝尚不成熟,還無法批量打出穩定、耐用、高性能的工業品來,處在「模型製造」和實驗階段。但是這種情況正在發生變化,我國的金屬3D列印正在不斷地向尖端製造靠攏。
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