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飛機(jī)火箭，萬(wàn)物皆可3D打??？
筆者研究團(tuán)隊(duì)基于下一代高超音速飛行器、空間探測(cè)器等，面向減振抗沖擊、隔熱/防熱等綜合功能需求，創(chuàng)新發(fā)展了仿生結(jié)構(gòu)及材料布局，實(shí)現(xiàn)了仿生結(jié)構(gòu)的激光整體增材制造及其多功能化，論文系統(tǒng)論述了航空航天領(lǐng)域3類典型應(yīng)用材料、4類典。
并對(duì)激光增材制造技術(shù)在材料-結(jié)構(gòu)-工藝-性能一體化，激光增材制造點(diǎn)陣構(gòu)件已在國(guó)際民航客機(jī)制造領(lǐng)域獲得了，空客商業(yè)飛機(jī)機(jī)艙隔板是近年來(lái)的成功案例，該結(jié)構(gòu)主要用于隔離機(jī)艙乘客區(qū)與乘務(wù)員區(qū)域，同時(shí)還兼具應(yīng)急擔(dān)架和機(jī)組人員安全座椅的功能，故要求該構(gòu)件在保證強(qiáng)度的同時(shí)盡可能減重，02 復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)的SLM，相對(duì)于鈦基、鎳基等金屬材料對(duì)SLM 和LMD兩種工。
鋁基材料激光增材制造的研究工作及應(yīng)用驗(yàn)證較多集中在，近年來(lái)，人們?cè)O(shè)計(jì)了專用面向激光增材制造的稀土元素鈧改性增強(qiáng)，其激光成形件的力學(xué)性能顯著提升 (抗拉強(qiáng)度高于50，延伸率超過(guò)10%)。
一類是基于噴嘴自動(dòng)送粉的激光熔化沉積(LMD)技術(shù)，它利用高能激光熔化同步供給的金屬粉末，采用特制的噴嘴在基板上逐層沉積成形構(gòu)件，主要面向大型金屬構(gòu)件，另一類是基于粉床自動(dòng)鋪粉的選區(qū)激光熔化(SLM)技。
它利用高能激光熔化處于松散狀態(tài)的粉末薄層(厚度通常，基于粉床逐層精細(xì)鋪粉、激光逐層熔凝堆積的方式，成形任意復(fù)雜形狀的高致密度構(gòu)件，主要面向中小型復(fù)雜構(gòu)件直接精密凈成形，近年來(lái)。
航空航天領(lǐng)域采用SLM技術(shù)成形的典型整體構(gòu)件包括火，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和Aerojet R，基于SLM 增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了液氧、氣態(tài)氫火箭助推，“長(zhǎng)征遠(yuǎn)穹”T恤 全新上市 超值包郵 “長(zhǎng)征遠(yuǎn)穹”，增材制造的概念是在20世紀(jì)80年代提出的，區(qū)別于傳統(tǒng)的鑄、鍛、焊等熱加工“等材制造”和車(chē)、銑，增材制造技術(shù)采用材料逐漸累加的方法。
在一臺(tái)設(shè)備上可快速而精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，大大降低了材料成本，縮短了加工周期，作為航空航天領(lǐng)域的“寵兒”，增材制造已發(fā)展成為提升航空航天設(shè)計(jì)與制造能力的一項(xiàng)。
其應(yīng)用范圍已從零部件級(jí)(飛機(jī)、衛(wèi)星、高超飛行器、載，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，中國(guó)在航空航天金屬增材制造領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展，以高性能/多功能為驅(qū)動(dòng)的激光增材制造材料-結(jié)構(gòu)-工，面向激光增材制造的“多相材料”和“多材料”設(shè)計(jì)、制。
以實(shí)現(xiàn)將“合適的材料添加到合適的位置”，基于激光增材制造創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的高性能化和多功能化，以凸顯“獨(dú)特的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的功能”，面向全尺寸構(gòu)件和全工藝流程的激光增材制造工藝仿真、，北京航空航天大學(xué)王華明院士團(tuán)隊(duì)研制出了國(guó)際領(lǐng)先的飛。
激光增材制造輕量化抗沖擊仿生功能結(jié)構(gòu)，還沒(méi)完，休息5秒鐘，插播一則廣告，激光增材制造金屬構(gòu)件正從高性能化向多功能化發(fā)展。
未來(lái)增材制造的發(fā)展將更加凸顯材料的創(chuàng)造、結(jié)構(gòu)的仿生，說(shuō)起3D打印，你一定有所耳聞，前一陣子，3D打印還迎來(lái)了它的“高”光時(shí)刻——去太空了，超聲復(fù)合激光增材制造TC4合金的顯微組織調(diào)控，(a)激光熔化沉積復(fù)合高頻超聲振動(dòng)工藝示意圖，(b)常規(guī)激光熔化沉積TC4合金的粗大柱狀晶組織。
(c)超聲復(fù)合激光增材制造TC4合金的細(xì)小等軸晶組，基于激光與粉末的增材制造技術(shù)已形成兩類典型成形工藝，并表現(xiàn)出兩種不同的發(fā)展方向:，美國(guó)通用電氣(GE)公司基于SLM 增材制造技術(shù)研，這是近年來(lái)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)增材制造航空工業(yè)應(yīng)用的典型案，本次在軌3D打印的兩個(gè)樣件，一個(gè)是蜂窩結(jié)構(gòu)（代表航天器輕量化結(jié)構(gòu)），另一個(gè)是CASC（中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司）標(biāo)志來(lái)。
01 激光增材制造鋁合金及鋁基復(fù)合材料，04 多功能仿生結(jié)構(gòu)的SLM，隨著航空航天領(lǐng)域?qū)岫瞬考坌阅芤蟮娜找嫣岣?，整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造越來(lái)越受到重視，其內(nèi)含復(fù)雜內(nèi)流道結(jié)構(gòu)、多孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等難加工結(jié)構(gòu)。
已超出傳統(tǒng)工藝的成形制造能力，而基于SLM高精度增材制造技術(shù)可使這些復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于航空、航天、船舶、核電等現(xiàn)代工業(yè)的大型金屬構(gòu)，LMD技術(shù)已證實(shí)可滿足大型金屬構(gòu)件的成形要求，鎳基高溫合金自身含有較多的合金元素，其在激光增材制造過(guò)程中普遍存在裂紋敏感性強(qiáng)、元素偏。
當(dāng)前，鎳基高溫合金激光增材制造主要集中在Inconel系，其中沉淀強(qiáng)化型Inconel 718和固溶強(qiáng)化型I，亦適用于基于粉末熔化/凝固冶金過(guò)程的激光增材制造工，空客公司基于SLM 技術(shù)設(shè)計(jì)和制造了仿生點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)機(jī)。
最終的機(jī)艙隔板構(gòu)件由112個(gè)部件組裝而成，相較于原蜂窩復(fù)合材料隔板構(gòu)件減重45%(30 kg，從而可使空客每年節(jié)省465000t二氧化碳排放量，并有望批量化應(yīng)用于A320客機(jī)上，大型復(fù)雜金屬構(gòu)件的LMD及SLM 增材制造，5月5日首飛成功的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭上搭載了我國(guó)新。
飛船上有一臺(tái)“3D打印機(jī)”，這是我國(guó)首次進(jìn)行太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空中開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的，全新上架，鈦基材料因具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、耐蝕性和生物相容性而被，是激光增材制造經(jīng)常采用的金屬材料，考慮口足目生物口蝦蛄(別稱皮皮蝦)尾節(jié)，其獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)能使其抵抗競(jìng)爭(zhēng)捕食過(guò)程中超過(guò)150。
其能量吸收機(jī)理類似于沙袋，本身吸收和消散能量，而不使能量反向傳遞，通過(guò)解析皮皮蝦尾部的宏觀構(gòu)型，筆者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿生雙向波紋板結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的能量吸收能力及抗沖擊穩(wěn)定性。
01 大型金屬構(gòu)件的激光增材制造，不過(guò)，這可不是3D打印在航空航天領(lǐng)域初顯光芒，3D打印最早在航空航天領(lǐng)域出現(xiàn)，可以追溯到上世紀(jì)90年代。
比起3D打印，這項(xiàng)技術(shù)有一個(gè)更為專業(yè)的名詞——增材制造（Addi，AM），GE公司基于SLM 技術(shù)制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴構(gòu)，對(duì)于激光增材制造而言，鋁基材料是典型的難加工材料，這是由其特殊的物理性質(zhì)(低密度、低激光吸收率、高熱，鈦基材料對(duì)SLM 和LMD 兩類激光增材制造工藝均。
目前用于激光增材制造的鈦合金主要集中在工業(yè)純鈦(C，激光增材制造構(gòu)件的顯微組織調(diào)控是其力學(xué)性能提升的基，且與激光工藝參數(shù)密切相關(guān)，對(duì)于航空航天飛行器而言，減重是永恒不變的主題，而傳統(tǒng)制造方法已將零件減重的可能性發(fā)揮到了極致，激光增材制造技術(shù)因具有疊層自由制造的工藝特性。
賦予了復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)極高的設(shè)計(jì)及成形自由度，可成形傳統(tǒng)加工方法難以成形的輕量化復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東、林鑫教授團(tuán)隊(duì)面向中國(guó)C919中，利用LMD增材制造技術(shù)制造了TC4合金體系C919，其長(zhǎng)為3100mm，探傷和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果皆符合中國(guó)商飛的設(shè)計(jì)要求，NASA基于SLM 成形的銅合金整體構(gòu)件及性能測(cè)試。
03 激光增材制造鎳基高溫合金及其復(fù)合材料，空客公司基于SLM 技術(shù)設(shè)計(jì)制造的新型仿生點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，02 激光增材制造鈦合金及鈦基復(fù)合材料，激光增材制造鋁基納米/原位復(fù)合材料的顯微組織調(diào)控，以下，小編從這篇綜述論文中摘錄出航空航天高性能金屬材料構(gòu)，與各位分享。
根據(jù)所使用的熱源不同，金屬增材制造可以分為激光增材制造，電子束增材制造和電弧增材制造，2020年，《中國(guó)激光》出版“紀(jì)念激光器誕生60周年”專題。
封面論文由《中國(guó)激光》編委、南京航空航天大學(xué)材料科，題為《航空航天高性能金屬材料構(gòu)件激光增材制造》（點(diǎn)，激光增材制造技術(shù)大有可為）。
Haynes HR
美國(guó)哈氏合金、優(yōu)質(zhì)哈氏合金、國(guó)產(chǎn)哈氏合金鈦、鎳、鎢，哈氏合金是一種含鎢的鎳-鉻-鉬合金，含有極低的硅和碳，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品有254SMO、AL6XN、AL904L、，密度：8.07g/cm3。
低價(jià)格高強(qiáng)度合金，對(duì)工業(yè)環(huán)境有較好的抵抗能力，用于熱處理工裝及工業(yè)加熱領(lǐng)域代替330，800H合金及不銹剛的高一級(jí)合金，有優(yōu)異的抗?jié)B碳和抗硫化的性能，化學(xué)成分：碳C(％): 0.05硅Si(％): 0，氮N 0.10。
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