机床商务网

　　【机床商务网栏目 名企在线】以铝、钛为代表的轻质高强合金、Ni基高温合金为代表的承载耐热合金，成为各国新材料研发计划中重点发展的材料之一，也是激光增材制造中重要的应用材料。
 

钛和铝的优势与区别
 

　　铝合金和钛合金，由于出色的低密度和结构强度，无论是使用3D打印或CNC加工，在航空航天、汽车、机械制造等领域都被大量应用，尤其在航空工业中占有十分重要的地位，是航空工业的主要结构材料。
 

　　钛和铝都很轻，但两者还是有区别。尽管钛的重量比铝重约三分之二，但其固有强度意味着可以使用更少的量达到所需要的强度。钛合金被广泛用于飞机喷气发动机和各类航天器，它的强度和低密度可降低燃料成本。铝合金的密度仅是钢的三分之一，是现阶段应用最广、最为常见的汽车轻量化材料；曾有研究表明，铝合金在整车中最多可以使用540kg，这样的情况下汽车将减重40%，奥迪、丰田等品牌车辆的全铝车身就是很好的例子。
 

　　铝合金和钛合金在航空航天领域应用都很很普遍。钛合金的强度高、密度低(只有钢的57%左右)，比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制作出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等均可采用钛合金。3D打印技术参考查阅资料发现，铝合金适合在200℃以下的环境中工作，空客A380机身用的铝材占到1/3以上，C919也大量采用了常规高性能铝合金材料。飞机蒙皮、隔框、翼肋等均可采用铝合金。
 

　　钛合金增材制造与航空航天业
 

　　采用增材制造技术有利于降低加工成本，减少原材料的浪费，具有显著的经济优势。钛基合金也是目前增材制造研究最为系统和成熟的合金体系。增材制造钛合金构件已作为承力结构在航空领域获得应用。根据3D打印技术参考的调查，美国Aero Met公司2001年开始为波音F/A-18E/F 舰载联合歼击/攻击机小批量试制钛合金次承力结构试验件，2002年率先实现LMD钛合金次承力结构件在F/A-18验证机上的应用。北京航空航天大学突破钛合金激光增材制造关键技术，合金综合力学性能均显著超过锻件，研制的大型主承力钛合金框等构件，已实现在飞机上的装机应用。西北工业大学采用激光增材制造技术为中国商飞公司制造了C919飞机的中央翼肋上、下缘条样件，尺寸达到了3000mm×350mm×450mm，质量为196kg。
 

北航3D打印的大型钛合金主承力框已应用于国产海空军新一代战斗机、大型运输机
 

新一代载人飞船返回舱防热大底框架模型与3D打印实物铝合金增材制造与航空航天业
 

　　宁 庆
 

　　增减材制造与航空航天业
 

　　我们传统的加工手段不管是车削还是铣削或磨削等等，大多属于减材加工。而近期比较火热的3D打印却是相反的加工工艺，主要采用增材来使零件成型，两者各有各的优势。增材比较适合复杂形状和自由曲面的零件制造，但是它的精度和表面质量并不尽如人意，而减材加工又会造成较多的原料损失，于是人们就将两者结合起来，先通过增材实现零件的近似成形，再通过减材来保证它的表面质量和精度，这样就能够制造出合格的零件。这种加工方式就是增减材复合制造工艺。它将定向能量沉积技术和五轴计算机数控机床的能力集成到了混合制造系统中，这使得机器可以利用五轴计算机数控系统的能力对沉积材料进行加工，或者在沉积过程中，促使材料朝向不同方向成形。此加工工艺会逐渐推广在航空航天以及核电等领域，因为这些领域的零件特点就是曲面比较复杂，结构比较繁琐，对表面质量和精度要求又比较高，所以增减材复合加工正好能够发挥其优越性，即用增材工艺让零件成型，用减材工艺保证其产品的质量和精度，通过这样的加工方式来实现复杂零件的加工。
 

　　宁庆和西安国家增材制造研究院联合生产制造的五轴增减材龙门加工中心，正是基于上述设计理念的创新设计，具有加工复杂零件成形快，精度高的特点，可广泛应用在航空、航天等国防领域，是促进我国国防事业现代化的利器。
 

　　金属3D增减材
 

非金属3D增减材
 

 

　　END
 

　　现代航空航天结构件需同时满足轻量化、高性能、高可靠性、低成本等一系列苛刻要求，且结构件的结构更为复杂、设计制造难度更大。通过创新和发展航空航天典型铝、钛、镍基结构件激光增材制造控形与控性的关键技术，既体现了选材上轻量化、高性能的发展方向，又凸显了增材制造技术本身精密化、净成形的发展趋势，可实现材料-结构-性能的一体化增材制造以及增材制造技术在航空航天上的重大工程应用。