3D打印钛合金结构件及其在航空航天上的应用.pptx

3D打印钛合金结构件及其在航空航天上的应用 曹乃亮 空间二部 二〇一五年十二月二十四日 一、3D打印概况 二、3D打印的技术原理 三、3D打印的应用 四、3D打印钛合金结构件 五、国际研究现状 六、国内相关研究 七、面临的问题和挑战 八、前瞻 提 纲 3D打印是快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，国外称为增材制造（Additive manufacturing） 一、3D打印概况 1. 3D打印的概念及原理 一、3D打印概况 2. 3D打印与传统制造的比较 一、3D打印概况 3. 3D打印的发展史 二、3D打印的技术原理 3D打印的主要工艺有： 立体光刻成型 熔融堆积成型 分层实体制造 电子束熔融 激光近净成型 激光选区融化 SLA又称立体光刻、光成形等，是一种采用激光束逐点扫描液态光敏树脂使之固化的RP成形工艺。 二、3D打印的技术原理 1. 立体光刻成型（SLA） FDM的材料一般是热塑性材料，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结 二、3D打印的技术原理 2. 熔融堆积成型（FDM） LOM工艺是是基于激光切割薄片材料、由黏结剂黏结各层成形 二、3D打印的技术原理 3. 分层实体制造（LOM） EBM是采用高能电子束作为加工热源，扫描成形可以通过操纵磁偏转线圈进行，且电子束具有的真空环境，还可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。 二、3D打印的技术原理 4. 电子束熔融（EBM） LENS原理是将金属粉末从送粉头的喷嘴喷射到激光焦点的位置完成熔化堆积过程。全部粉末路径由保护气体推动，保护气体将金属粉末与空气隔离，从而避免金属粉末氧化；可方便加工熔点高、难加工的材料。致密度接近100%，适合大型构件整体制造。 二、3D打印的技术原理 5. 激光近净成型（LENS） SLM是在激光选区烧结（SLS）的基础上发展起来的，其发展历程经历低熔点非金属粉末烧结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成形等阶段。致密度可达到100% ，尺寸精度达20～50 μm， 表面粗糙度达20～30 μm，是一种极具发展前景的快速成形技术。 二、3D打印的技术原理 6. 激光选区融化（SLM） 二、3D打印的技术原理 6. 激光选区融化（SLM） 目前，3D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域得到广泛应用，并随着技术的发展，其应用领域不断拓展。 三、3D打印应用 三、3D打印应用 密度小、熔点高、强度高、导热系数小、耐腐蚀、耐高温 四、3D打印钛合金结构件 钛合金特性 钛合金的3D打印 因其密度小、强度高、熔点高、耐腐蚀、导热率低、在加热时热量不会发散引起局部变形等优点非常适于3D打印 钛合金的航空航天应用 主要用在飞机骨架、发动机压气机叶片、航天器的压力容器、燃料贮箱、紧固件、结构件、构架和火箭壳体等 实现异形复杂结构形式，壁厚最薄可达0.3mm~0.4mm； 近净成型，精度可达0.05mm； 同样比刚度下，3D打印相比传统制造的重量降低50%以上； 降低成本，缩短加工周期； 能将设计更改的成本降到最低； 原理样机的低成本、快速制造。 四、3D打印钛合金结构件 3D打印钛合金的优点 2014年12月17日，美国商业公司研制的全球首台微重力3D打印机在“国际空间站”依照美国航空航天局从地面发送的设计文件打印出套筒扳手 五、国际研究现状 美国航空航天局的工程师利用3D打印技术制备了第一个3D打印的Invar合金（殷钢）轻量化结构。 五、国际研究现状 航空喷气-洛克达因公司分别于2014 年6月和12月对采用3D打印技术生产的Baby Bantam火箭发动机进行了点火试验 五、国际研究现状 空客防务与航天事业部采用3D打印技术制备的卫星上的支架，节省了20%的成本。该支架用于碳纤维蜂窝板和卫星主体，需要承受-180℃～150℃环境产生的热应力 五、国际研究现状 2014 年1月6日发射的猎鹰-9火箭上的9台灰背隼-1D发动机中的一个采用了3D打印技术制备的主氧化阀门。该阀门成功经受了液氧的高压、低温以及发射时的振动 五、国际研究现状 2013年，搭载有3D打印零部件的立方体卫星KySat-2从弗吉尼亚的Wallops飞行基地成功发射。其中使用