中國原創(chuàng)：激光粉末床熔融與超快激光沖擊復(fù)合“鍛打印”技術(shù)

南極熊導(dǎo)讀：在2024年10月24日舉辦的“第四屆航空航天增材制造大會”上，西安空天機(jī)電智能制造有限公司(簡稱：西空智造）面向航空航天領(lǐng)域展示了公司最新研發(fā)的“鍛打印”技術(shù)研究成果和市場應(yīng)用情況。這項(xiàng)技術(shù)的成功使用全面提升了金屬增材結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能，對某型飛機(jī)0.8mm薄壁的液壓導(dǎo)管強(qiáng)化后，疲勞壽命甚至提高了4.6倍。

△“鍛打印”技術(shù)原理

據(jù)南極熊了解，“鍛打印”技術(shù)由西空智造攜手西安交通大學(xué)共同研發(fā)，主要解決常規(guī)LPBF技術(shù)增材制造過程中部件內(nèi)部殘余應(yīng)力問題，這些應(yīng)力往往引起零件變形、開裂甚至孔洞等缺陷。通過使用光纖激光+強(qiáng)化激光，實(shí)現(xiàn)增材一層、強(qiáng)化鍛打一層，精確調(diào)控增材部件的應(yīng)力場、組織和缺陷。因此，“鍛打印”技術(shù)顯著提高了打印件的力學(xué)性能，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

△深度報告

細(xì)化晶粒、提升硬度、提高疲勞極限
據(jù)悉，西空智造自主研發(fā)的國產(chǎn)化“鍛打印”設(shè)備，是具備在打印過程中實(shí)時調(diào)控應(yīng)力場的先進(jìn)技術(shù)，通過激光增材“熱場”與激光沖擊“力場”的耦合，有效解決了零件成型過程中的變形和開裂難題。“鍛打印”設(shè)備能夠在不依賴添加劑和調(diào)整粉末成分的情況下，成功打印難熔金屬材料，包括7075鋁合金和鎳基高溫合金。

與常規(guī)LPBF打印技術(shù)相比，采用該設(shè)備打印的7075鋁合金，其整體顯微硬度提高了20%～40%，晶粒細(xì)化程度超過30%；相較于熱處理AlSi10Mg合金，鍛打印后去除了表面大部分未熔合缺陷，截面顯微硬度提升15%-20%。

減少變形、簡化后處理
“鍛打印”設(shè)備搭載的DD1激光模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)輪廓邊緣的高精度加工，有效減少甚至消除支撐結(jié)構(gòu)，凈成型產(chǎn)品，同時抑制增材制造過程中薄壁結(jié)構(gòu)的變形問題，對200×200×1mm的試驗(yàn)件測試發(fā)現(xiàn)，采用鍛打印技術(shù)后，最大變形量可降低50%以上。

此外，“鍛打印”技術(shù)能夠成功將內(nèi)部殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，如激光鍛打印316L殘余壓應(yīng)力幅值在50-100 MPa左右；實(shí)現(xiàn)少支撐或無支撐，從而減少后續(xù)加工和熱處理的需求，降低了制造成本和時間。

“鍛打印”技術(shù)的應(yīng)用方向
“鍛打印”技術(shù)通過XK-CK300S智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)打印過程的全方位智能監(jiān)控，進(jìn)一步提升了制造過程的可靠性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

未來，“鍛打印”技術(shù)將重點(diǎn)應(yīng)用于：
●葉片/盤、高端軸/齒輪、高端裝備主承力結(jié)構(gòu)等高性能增材制造；
●復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)匣、復(fù)雜內(nèi)流道結(jié)構(gòu)部件、燃燒室/助推器等一體化部件、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)等難制造部件的增材制造；
●現(xiàn)場少支撐、無熱處理的敏捷增材制造；
●低成本材料做高性能構(gòu)件（如等軸晶復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)取代某些單晶葉片）；
●難打印材料（7075鋁合金/IN738高溫合金）的增材制造。

西空智造研發(fā)的“鍛打印”技術(shù)在提升力學(xué)性能、改善質(zhì)量一致性、減少后處理需求、提升可靠性以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)件打印方面，有著非常大的創(chuàng)新推動作用，為航空航天領(lǐng)域帶來了新的動力，填補(bǔ)了國內(nèi)在這一領(lǐng)域的技術(shù)空白，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，有助于推動該領(lǐng)域向更高效、更可靠的方向發(fā)展。

西空智造表示，期待與行業(yè)專家、業(yè)界同仁等深入交流和探討，促進(jìn)技術(shù)升級，加快行業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。