隨著歐美等國家將金屬3D打印的產(chǎn)品不斷應(yīng)用于航天、軍工、太空等決定人類未來的領(lǐng)域，我國也正在努力縮短與歐美國家的差距。日前，“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目獲得了2016年國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造專項”1985萬元的經(jīng)費支持。

  據(jù)了解，該項目由北京易加三維科技有限公司為承擔(dān)單位，清華大學(xué)、北京天遠三維科技有限公司、中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院、北京星航機電裝備有限公司、中國直升機設(shè)計研究所、中國燃氣渦輪研究院為參研單位。

  項目負責(zé)人北京易加三維科技有限公司總經(jīng)理、高級工程師馮濤介紹，該項目完成后，可實現(xiàn)航空航天、軍工等行業(yè)對金屬3D打印成品的要求，即尺寸大、精度高、力學(xué)性能好、表面粗糙度低、致密度100%；同時，該技術(shù)代表了未來金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展方向，擁有該項技術(shù)可使我國航空航天、軍事進入國際先進水平。項目的實施將填補我國此項技術(shù)的空白，打破發(fā)達國家對我國的技術(shù)壟斷，有利于提升我國在航空航天、軍工制造、精密醫(yī)療等領(lǐng)域技術(shù)能力。

  據(jù)介紹，SLM金屬3D打印設(shè)備已進入商業(yè)化發(fā)展的快車道，近3年裝備的裝機臺數(shù)增長率均超過50%，裝備制造廠家快速擴張，傳統(tǒng)裝備制造巨頭也開始介入。但我國成熟的商用SLM裝備的成形尺寸一般小于300mm，完全不能滿足大尺寸零件的制造需求；同時，還存在成形效率低，成形過程工藝變量多，成形質(zhì)量不能量化控制等問題。而成形尺寸范圍在500mm×500mm×500mm 以上的金屬3D打印設(shè)備的商業(yè)化研發(fā)主要集中在歐美等發(fā)達國家，被他們所壟斷。目前這些國家在SLM設(shè)備、軟件及工藝等領(lǐng)域的研究均處于國際領(lǐng)先地位，因此，在航空航天、軍工制造等領(lǐng)域都領(lǐng)超我國較多水平。更令人擔(dān)憂的是，雖然我國SLM技術(shù)的應(yīng)用和研究機構(gòu)較多，但是針對大尺寸粉末床SLM設(shè)備的國產(chǎn)化尚無成功的商業(yè)化案例。

  馮濤介紹，由北京易加三維科技有限公司承擔(dān)的“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目，將通過對大尺寸粉末床SLM金屬3D打印智能裝備的設(shè)計與研制，完成針對小尺寸SLM金屬3D打印設(shè)備向大尺寸SLM金屬3D打印設(shè)備的飛躍。項目提出雙艙室雙工位隔離作業(yè)模塊化布局的總體設(shè)計思路，方便大尺寸零件的取出，有效減少了惰性氣體的用量，同時解決雙工位轉(zhuǎn)換的氣體密封、粉料的高精度變量供給與回收、氣氛的智能循環(huán)凈化等技術(shù)難題。

  該項目還提出并實現(xiàn)同時滿足大尺寸和高效率的多激光多振鏡分區(qū)掃描及其光路設(shè)計與控制技術(shù)，實現(xiàn)多激光聚焦光斑的定位精度、激光功率的一致性和多振鏡掃描邊界的有效搭接，在保證大尺寸零件加工精度的前提下，有效提高了加工效率。突破大功率長時間工作條件下的光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制技術(shù)，實現(xiàn)建造過程熔池狀態(tài)、成形件幾何尺寸、工作艙氣氛、鋪粉狀態(tài)等實時監(jiān)測、診斷及智能處理技術(shù)，在提高設(shè)備智能化的同時保證了運行的穩(wěn)定性和可靠性，滿足了連續(xù)成形大尺寸零部件加工的要求。研發(fā)出基于熔池的凝固、掃描區(qū)域溫度場、工件幾何特征、變形與多激光多振鏡分區(qū)掃描等多因素集成的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成形軟件，減少大尺寸復(fù)雜件成形過程中激光的通斷次數(shù)和不均勻變形，提高制造效率的同時保證了加工質(zhì)量。

  據(jù)悉，該項目研發(fā)的裝備支持鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金等多種金屬復(fù)雜構(gòu)件的高效率成形，制造效率可達到≥120cm3/h，成形尺寸范圍≥500mm×500mm×500mm，成形幾何精度≤±100μm，表面粗糙度≤Ra12，裝備的無故障運行時間≥500h，并將在航空航天領(lǐng)域開展示范化應(yīng)用，完成多款航空航天大尺寸零件的制造，并進行裝機驗證，真正的將大尺寸3D打印零件應(yīng)用于我國的航空航天領(lǐng)域。同時，將制定出4種典型材料（鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金）的SLM成形工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為大尺寸3D打印應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域建立良好的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

  馮濤特別強調(diào)，“大尺寸粉末床選區(qū)激光熔化增材制造工藝與裝備研發(fā)”項目提出對大尺寸SLM金屬3D打印設(shè)備進行系列化模塊研制，此技術(shù)具備國際先進水平，可填補我國此項技術(shù)的空白，會促使國外同類設(shè)備進入中國市場的價格大幅降低，項目執(zhí)行期內(nèi)將完成不少于兩臺套的設(shè)備銷售指標(biāo)，未來10年內(nèi)將會帶來20億元的市場份額。

  據(jù)悉，該項目的研發(fā)終將解決現(xiàn)在粉末床SLM金屬零件建造效率較低、質(zhì)量仍與鍛件有差距、設(shè)備的智能化水平低、可靠性及穩(wěn)定性較差，不適合制造大型整體零件等世界性難題，將改變我國在大尺寸粉末床SLM工藝、設(shè)備以及成形軟件開發(fā)等方面一直以來落后于國外的局面。同時，在金屬3D打印與激光制造等方面關(guān)鍵技術(shù)會有很大突破，超前部署研發(fā)我國下一代粉末床金屬3D打印設(shè)備，促進傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。(吳沛琦)