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一项十分重要的材料制备新技术:激光快速成形技术

点击率:    发布时间:2015/1/28 15:51:51    信息来源:上海鸿麦金属

激光快速成形技术(Laser rapid forming,LRF)是20 世纪末发展起来的一种材料制备新技术,它是将激光快速成形技术获得的独特凝固组织通过逐层堆积并扩展到整个三维实体零件,从而使传统的材料成形多步制造工艺集成为一步制造,极大地提高了工件制造效率以及材料性能并节省了成本,被认为是制造领域的一次重大变革,代表先进制造技术和材料制备技术的最新发展方向,目前,已应用于金属、陶瓷、塑料以及各种复合材料的制备和零件修复中。与传统制造技术相比,激光快速成形技术具有以下突出特点。1) 打破了传统材料去除或变形加工成形方法的限制,利用“离散+堆积”的増材成形思想,一步实现工件的精确成形;2) 属近净成形制造技术。制造时无需预制材料毛坯和设计模具,几乎做到无废料加工,极大地提高了材料利用率,降低了设计成本和制造成本,同时大幅度缩短制造周期。一般制造费用降低 50%,加工周期缩短 70%以上;3) 激光快速凝固能够产生超细化的凝固组织以及许多常规条件下无法得到的组织,使材料的各方面性能获得大幅度的提高或获得新的功能特性;4) 适用的材料种类不受限制。激光具有非常高的能量密度,能够快速熔化各种材料,尤其适用于传统技术难以制备的难熔合金和高熔点陶瓷材料以及梯度功能材料,适应性很强;5) 制造工艺与所生产零件的尺寸、复杂程度无关,能够快速生产传统制造工艺难以制备的形状复杂的零件,如薄壁结构、封闭内腔结构等。
 
  美国 MTS 公司已经能够直接成形出各种钛合金飞机结构件,于2000 年 9 月完成了激光快速成形钛合金飞机机翼结构件的地面性能考核试验,构件的静强度及疲劳强度达到飞机设计要求,并在 2001 年为Boeing 公司 F/A-18E/F 舰载联合歼击/攻击机提供小批量试制发动机舱推力头、翼梁等钛合金次承力结构件,其力学性能全面超过传统制造工艺的结构件的力学性能,并且成本低周期短;率先实现了激光快速成形钛合金次承力结构件在 F/A-18 等战机上的验证考核和装机应用。此外,激光快速成形技术在高性能航空发动机叶片制造与修复方面也具有重要的应用。Rolls-Royce的RB211飞机发动机高压叶片通常在1600 K下工作,用传统方法生产的叶片在高温下会产生裂纹,利用激光快速成形技术生产得到的叶片则可以在该环境下很好地工作,而且利用该技术生产叶片,通过在重力作用下吹氩气送粉,生产处理一个叶片只需 75 s,合金用量减少 50%。美国 Los Alamos 国家实验室利用激光直接技术制造出带有半球、直壁、通孔、尖角的零件,加工材料包括不锈钢、Fe2Ni合金、Al2Cu 以及 TiAl、NiAl 等金属间化合物,并发现该技术生产的合金为完整的冶金结合,超细的定向柱晶沿堆积方向向上生长,并且其温室抗拉强度和结合处强度均显著提高,垂直方向的伸长率是铸态的3~4 倍,零件屈服寿命提高了 1.5 倍。(