3D打印作为第三次工业革命制造领域的典型代表性技术,一直受到各行各业的广泛关注。金属3D打印技术被业内专家视为3D打印领域难度大、标准高的发展分支,在工业制造中发挥着重要作用。作为一种全新的制造技术,在航空航天领域具有突出的应用优势和明显的服务效益。主要体现在以下几个方面。
1、提高材料利用率,节约昂贵的战略材料,降低制造成本
航空航天制造领域大多使用昂贵的战略材料,如钛合金、镍基高温合金等难以加工的金属材料。传统的制造方法对材料的使用率很低。材料的过多浪费意味着加工过程复杂,生产周期长。如果是那些难加工的金属材料,加工周期将显著增加,制造周期将明显延长,导致制造成本的增加。
金属3D打印机技术作为一种近净成型技术,只需进行少量的后续处理即可投入使用,材料使用率达到60%,有时甚至达到90%以上。这不仅降低了制造成本,节约了原材料,更是符合国家提出的可持续发展战略。
2、优化零件结构,减轻重量,减少应力集中,提高使用寿命
对于航空航天武器装备来说,减重是其永恒的主题。它不仅可以提高飞行设备在飞行过程中的灵活性,还可以增加载重,节省燃料,降低飞行成本。然而,传统的制造方法已经将零件减重发挥到很好,再想进一步发挥余力,已经不太现实。
然而,3D打印机技术的应用可以优化复杂部件的结构,在保证性能的前提下,将复杂结构改造成简单的结构,从而减轻重量。此外,通过优化零件结构,可以使零件的应力分布更合理,降低疲劳裂纹的风险,从而提高使用寿命。
3、零件的修复成型
除生产制造外,金属3D打印技术在金属高性能零件维修中的应用价值不低于其制造本身。目前,金属3D打印技术在维修成型方面的潜力甚至高于其制造本身。事实上,3D打印制造的零件更容易修复,匹配性更好。
与其他制造技术相比,由于制造工艺与维修参数之间的差距,修复区和基材在组织、成分和性能上难以保持一致。
然而,这种问题在修复3D成型零件时并不存在。修复过程可视为增材制造过程的延续,修复区可与基材达到更佳匹配。这实现了零件制造过程的良性循环。低成本制造加低成本修复就会使经济效益高。