曝光：固相增材制造技術，陜西智拓1200噸位

在2017中國（西安）國際增材制造博覽會暨技術高峰論壇（簡稱2017CAME）展會上，南極熊發(fā)現(xiàn)了一項3D打印新技術——固相增材制造技術，該技術由陜西智拓固相增材制造技術有限公司研發(fā)，目前，該公司正在研制一臺大溫區(qū)（800 × 800 × 1200 mm3）、大噸位（1200t）、多軸、多缸加壓的真空擴散焊設備，該設備將彌補國內(nèi)大型精密結構件固相增材制造技術的空白。

固相增材制造技術
“陜西智拓”設計研制了四代具備自主知識產(chǎn)權的真空擴散焊設備用于固相增材制造。這四代設備的設計工作溫度1250 ~ 1500 °C；其結構由單軸、單缸加壓，發(fā)展到4軸、4缸加壓，加壓噸位也從最初的12噸發(fā)展到600噸；均溫區(qū)尺寸涵蓋了300 × 300 × 300 mm3 ~ 600 × 600 × 600 mm3。不僅能夠滿足研究的需要，而且能夠滿足600 × 600 mm2以下的冷板、微流道集成高壓換熱器等大尺寸結構開發(fā)和批量焊接制造。目前，“陜西智拓”正在研制一臺大溫區(qū)（800 × 800 × 1200 mm3）、大噸位（1200t）、多軸、多缸加壓的真空擴散焊設備，該設備將彌補國內(nèi)大型精密結構件固相增材制造技術的空白。

固相增材制造技術的基本特點

結構尺寸更精密

力學性能更優(yōu)異

成型材料更廣泛

更適于工業(yè)化批量生產(chǎn)

材料的焊接性研究
在材料焊接性上開展了廣泛、深入的研究，已經(jīng)開展的同質(zhì)和異質(zhì)材料研究涉及到以下7個系列：
（1）鋼鐵材料，有高強鋼、模具鋼、不銹鋼等。
（2）高溫合金，有固溶強化高溫合金、沉淀強化高溫合金、鐵鎳合金等。
（3）鈦合金，有工業(yè)純鈦、雙相鈦合金等。
（4）銅合金，有無氧銅、黃銅、鎳白銅、錫青銅等。
（5）鋁合金，有1系列純鋁、2系列硬鋁、5系列防銹鋁、6系列鍛鋁、7系列高強鋁合金等。
（6）其它合金，有鉬合金、鈮合金、銀鎳合金、鎂合金等。
（7）陶瓷、非金屬，有C/C復合材料、氧化鋁陶瓷、玻璃、單晶硅、石墨等。      
該公司所研究的材料體系及其焊接性配伍，這些材料涵蓋了目前技術市場上冷板、微流道集成換熱器、5G天線、隨形冷卻模具等絕大多數(shù)固相增材制造產(chǎn)品，也為海上浮動核電站高壓換熱器、航空葉片等未來多個先進結構的制造、應用做好了技術儲備。

在材料焊接性研究基礎上，開發(fā)、獲得了以下6大類工藝設計與控制技術：
（1）焊前處理與清洗技術；
（2）中間層材料、結構設計技術；
（3）微流道屈曲變形控制技術；
（4）300mm以上大尺寸工件溫控與變形控制技術；
（5）焊接質(zhì)量在線監(jiān)測控制技術；
（6）冷板、熱沉、熱管設計技術。
這些工藝成果為多種材料、結構產(chǎn)品的開發(fā)、制造提供了技術保障，也為產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了理論支撐。

擴散焊技術簡介
擴散焊是一種固態(tài)連接方法，是在一定溫度和壓力下，使待焊表面發(fā)生微小的塑性變形實現(xiàn)大面積的緊密接觸，并經(jīng)一定時間的保溫，通過接觸面間原子的互擴散及界面遷移從而實現(xiàn)零件的冶金結合。擴散焊大致可分為三個階段：
第一階段為初始塑性變形階段。在高溫和壓力下，粗糙表面的微觀凸起首先接觸，并發(fā)生塑性變形，實際接觸面積大大增加，并伴隨表面附著層和氧化膜的破碎，使界面實現(xiàn)緊密接觸，形成大量金屬鍵，為原子的擴散提供條件。
第二階段為界面原子的互擴散和遷移。在連接溫度下，原子處于較高的激活狀態(tài)，待焊表面變形形成的大量空位、位錯和晶格畸變等缺陷，使得原子擴散系數(shù)大大增加。此外，此階段還伴隨著再結晶的發(fā)生，以實現(xiàn)更加牢固的冶金結合和界面孔洞的收縮及消失。
第三階段為界面及孔洞的消失。該階段原子繼續(xù)擴散，最終使原始界面和孔洞完全消失，達到良好的冶金結合。

其優(yōu)點可歸納為以下幾點：
(1)   接頭性能優(yōu)異。擴散焊接頭強度高，真空密封性好，質(zhì)量穩(wěn)定。對于同質(zhì)材料，焊接接頭的微觀組織及性能與母材相似，且母材在焊后其物理、化學性能基本不發(fā)生改變。
(2)   焊接變形小。擴散連接是一種固相連接技術，焊接過程中沒有金屬的熔化和凝固，且所施加的壓力一般較低，能很好的抑制宏觀變形的產(chǎn)生，保證零件的高精度尺寸和幾何形狀。
(3)   可連接其它方法難以焊接的材料，比如低塑性或高熔點的同質(zhì)材料，容易產(chǎn)生金屬間化合物的異質(zhì)材料，或者是金屬與非金屬等，擴散連接都具有很大的優(yōu)勢。
(4)   可實現(xiàn)大面積連接。對于大尺寸截面，擴散連接時壓力均勻分布于整個界面上，實現(xiàn)其良好接觸，從而達到有效連接。
(5)   焊接過程安全、整潔、無污染，整個焊接過程沒有飛濺、輻射等有害物質(zhì)，且焊接過程易于實現(xiàn)自動化控制。

擴散焊專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的擴散焊領域?qū)＜宜�平的知識與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。也就是說，擴散焊專家系統(tǒng)是一個具有大量的專業(yè)知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應用人工智能技術和計算機技術，根據(jù)擴散焊領域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復雜問題。擴散焊專家系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分構成。

陜西智拓擴散焊專家系統(tǒng)的建立是基于長期收集在技術研發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)中的大量專業(yè)知識和生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如：焊接材料、物性參數(shù)、焊前狀態(tài)、結構尺寸、界面數(shù)量、焊前清理工藝、焊接工藝參數(shù)、焊后變形量、焊后組織成分分析和力學性能等。

公司簡介

陜西智拓固相增材制造技術有限公司坐落在陜西省渭南高新技術開發(fā)區(qū)，是國內(nèi)唯一一家擴散焊高技術企業(yè)，集裝備研制、工藝創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)為一體。公司以歸國博士為核心，以“985”高校博碩士畢業(yè)生為骨干、以西北工業(yè)大學特聘專家為顧問構建高層次人才團隊。

“陜西智拓”聚焦制造技術國際前沿，以“2025智能制造、綠色制造、中國制造”為指引方向，專注于集成、高效、復雜結構零件的擴散焊技術的開發(fā)、孵化、推廣。目前公司已為航空、航天、航海、軌道交通、新能源汽車、核能、太陽能熱電、火電、石油化工、電子信息、注塑模具、儀器儀表等諸多領域提供關鍵技術和產(chǎn)品。

有網(wǎng)友評論說，
在增材制造領域，這類“將切割或裁剪好的薄片疊加以產(chǎn)生立體結構”的方法在很多年前就有(甚至100多年前將紙板疊加以制造三維結構的美國專利)，比如基于超聲焊接的金屬三維打印。這類方法的前期工序繁雜，比如準備和裁剪大量的金屬薄板、堆疊金屬薄板，并且在制造復雜結構方面也有難度。但是，本報道的方法產(chǎn)生的金屬部件強度高、應力極小(整體超高溫加工)、能制造大型部件，在一些領域很有價值(例如大型航空部件)


這家公司今年以陜西賽區(qū)第一名入圍中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽先進制造組總決賽，并榮獲全國第三名，勢頭很猛，未來市場前景很好！