激光直接制造技术及其在飞机上的应用

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1、专稿FEATURE激光直接制造技术及其在飞机上的应用DirectLaserFabricationandItsApplicationinAircraft中航工业第一飞机设计研究院杨健西北工业大学凝固技术国家重点实验室黄卫东激光直接制造具有无模具、短周期、低成本及高品质等特点，能够解决钛合金传统加工存在的问题，实现复杂构件的直接近净成形，同时激光快速熔凝特点使零件具有致密的组织和良好的综合性能，从而可以更大限度地发掘材料性能潜力。激光直接制造具有无模具、短周承力结构，主要包括接头、连接杆、翼期、低成本及高品质等特点，能够

2、解根吊环、壁板和隔框等机体构件，制2决钛合金传统加工存在的问题，实现造的最大零件投影面积已达10m。复杂构件的直接近净成形，同时激光利用该技术制造的零件达到近净形，快速熔凝特点使零件具有致密的组综合性能好，材料利用率可达70%以杨健织和良好的综合性能，从而更大限度上，缩短了制造周期，降低了综合成2004年毕业于西北工业大学材料地发掘材料性能潜力。该技术将为本，有显著的军事效益。学院，工学硕士；主要从事飞机标准材料先进飞机关键结构件的研制及生产设计、新材料和新工艺应用研究工作；先开辟一条快速、经济、高效的途径，满原理及

3、特点后发表科技论文10余篇。足现代武器装备多品种、变批量及快激光直接制造的原理是：首先速响应的要求。根据零件CAD模型，将零件的3D激光直接制造是基于“离散/目前，激光直接制造堆积”成形原理的快速制造技术领技术已经在美国F-22、域中，发展最为迅速的一种金属零件F/A-18E/F和F-35等快速制造技术，该技术综合利用激先进军用飞机上得到实[4]光、计算机、CAD/CAM、材料等学际应用，应用材料以钛科的高新技术，通过熔覆沉积金属粉合金、不锈钢为主，有大末直接制造金属零件，是一种将“高型薄壁结构件、空间取向性能材料制

4、备”与复杂零件“近净成异型结构件、空腔结构件形”有机融为一体的无模具、柔性、和复杂加筋结构件，应用[1-3]激光直接制造模型数字化先进制造技术。部位从次承力结构到主36航空制造技术·2009年第7期专稿FEATURE数据按一定厚度分层离散成一系列光直接制造零件的力学性能与传统AeroMet公司、GE公司、瑞士洛桑2D轮廓数据，经过处理传给数控系技术相当或更为优越。理工学院、英国伯明翰大学等对该技统，形成数控驱动程序；然后在驱动（2）制造速度快、节省材料和降术进行了深入研究，包括制造机理、程序的控制下，通过激光熔覆沉积

5、金低成本。激光直接制造技术使用粉制造精度、组织及性能控制等方面。属粉末，按照2D轮廓数据实现材料末材料制造零件，后续的机械加工量美国AeroMet公司将该技术用于航的逐层沉积；最终获得组织致密、性很小，极大地节省了材料，并省去了空领域钛构件的制造，并开展了零件模具制造的周期和费用，大幅修复的商业服务。度缩短了加工周期，尽管大功Sandia国家实验室对多种材率激光加工本身的成本较高，料的激光直接制造工艺进行了深入但在航空领域高性能零件的研究，材料包括镍基高温合金、钛合制造中，其综合成本仍然能够金等，其成形零件性能相比于

6、锻件，有较大幅度的降低。无论是强度还是塑性均有显著的提（3）根据实际使用环境高。该技术的加工精度在X-Y方零件CAD模型控制零件不同部位的成分和向已达到0.05mm，Z方向精度为组织，合理控制零件的性能。0.4mm，且零件的表面粗糙度已经激光直接制造技术采用熔覆达到6.25μm。同时，他们采用该技的方法堆积材料，可以很方术根据零件的实际需要改变其各部便地在零件的不同部位得到分的成分和组织，实现零件各部分材不同的成分，特别是采用自质和性能的匹配，为设计提供了更大动送粉熔覆的方式进行加工的自由度。时，通过精确控制送粉器，

7、原AeroMet公司主要面向航空领则上可以在零件的任意部位域开展飞机钛构件的激光直接制造，获得所需要的成分，实现零该系统单层沉积厚度达4mm，单道激光熔覆沉积金属件各部分材质和性能的最佳沉积宽度达13mm。由于沉积速率能优异的“近净形”零件。搭配。这是传统的铸造和锻造技术的提高，使该公司采用这一技术进行激光直接制造技术在原理上一所无法实现的。较大体积零件的制造成为现实，产品反传统的“去材或变形”加工思想，达到近净形，且成分和性能已经达到而采用全新的增材制造原理成形零发展及应用ASTM标准。AeroMet公司采用钛件，

8、在制造方面具有柔性好（无需专自20世纪90年代开始，随着计合金制造了诸如法兰盘、飞机骨架中用工装）、对零件的复杂程度（形状和算机技术的飞速发展，激光直接制的一些结构件等零件。尺寸）基本没有限制等特点，应用该表1激光直接制造（LDF）零件力学性能数据技术将为工程设计提供更大的自由度。材料Ti6Al4V316LInconel625此外，该技术以高能