美國最早研究鈦合金3D打印

 鈦是一種密度隻有鋼鐵的一半,強度卻遠勝於絕大多數合金的材料,被廣泛用於航天航空業。美國是最早開發鈦合金3D打印技術的國家。1985年,美國就在國防部的主導下秘密開始了鈦合金激光成形技術的研究,並在1992年公之於眾。隨後美國繼續研發這一技術,並在2002年將激光成形的鈦合金零件裝上戰機試驗。

  然而,因為在製造過程中鈦合金變形、斷裂的技術難題無法解決,美國始終無法生產高強度、大尺寸的激光成形鈦合金構件。2005年,美國從事鈦合金激光成型製造業務的商業公司Aeromet由於始終無法生產出性能滿足主承力要求的大尺寸複雜鈦合金構件,沒有實現有價值的市場應用而倒閉。美國的其他國家實驗室也無法攻克這一難題,目前隻能進行小尺寸鈦合金部件的打印和鈦合金零件表麵修複。

  2013年,美國Sciaky公司宣布,他們已經成功掌握了突破性的直接製造技術,使用電子束進行鈦合金3D打印。Sciaky公司的直接製造解決方案基於添加劑的製造原理,是PSU應用研究實驗室(ARL)采用的關鍵技術之一,目的是生產高品質的金屬零部件。Sciaky公司的DM解決方案是唯一的大規模完全可編程的解決方案,可製造近淨形零件,材料包括鈦、鉭、鉻鎳鐵合金及其他高價值金屬。該解決方案結合了計算機輔助設計(CAD)、Sciaky最先進的電子束焊接技術和添加劑分層處理,所製造的零件尺寸可以達到5.8米×1.2米×1.2米。

Sciaky真正的領先之處在於超高打印速度,利用功率高達42千瓦的電子束槍,每小時可打印15-40磅的金屬鈦,而大多數競爭者僅能達到每小時5磅。就目前而言,電子束似乎是一種比激光更適合的金屬3D打印能量源。從數據上看,這一打印速度和零件尺寸已經超過了中國。前不久,中國西北工業大學剛剛用鈦合金激光3D打印技術生產了長度為5米的飛機主承力梁。

  美國空軍和洛克希德-馬丁公司已經宣布與Sciaky公司成為合作夥伴,並且計劃使用該公司生產的3D打印機製作飛機部件裝備正在生產的F-35戰鬥機。相較於傳統製造方式,這一新技術製造的產品成本更低、壽命也更長。如果3000多架戰機都使用這種技術製造部件,將可以節省數十億美元的成本。

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