鐳明激光金屬3D打印機助力空天零部件高質高效生產(chǎn)
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時間：2024-11-18
11月12日，為期6天的第十五屆中國航展在廣東省珠海市開幕，母公司鑫精合股份攜金屬3D打印機整體解決方案及創(chuàng)新成果亮相。
航空航天是推動國防建設、科技創(chuàng)新和經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略性領域，對完善上下游產(chǎn)業(yè)體系，推動產(chǎn)業(yè)鏈建鏈、延鏈、補鏈、強鏈具有強勁的推動作用。金屬3D打印作為工業(yè)母機革新技術之一，在航空航天制造業(yè)得到深入應用。
航空航天產(chǎn)品大多需在極端條件下服役，呈現(xiàn)高度綜合與集成化特點：零部件種類繁多又相互聯(lián)系，強調整體協(xié)調性；材料選擇、加工精度、性能要求各有不同；突出大型化、輕量化等，這也造成航空航天零部件設計難度大、制造成本高、生產(chǎn)周期長、迭代速度慢。但金屬3D打印技術的普及，省去開模制造環(huán)節(jié)，直接成形大尺寸、高精度、高性能關鍵零部件，縮短試制驗證周期，加快研發(fā)進程，進一步推進空天領域先進制造技術發(fā)展。鐳明激光深耕金屬3D打印技術，整合實踐經(jīng)驗，為以航空航天為代表的高端制造業(yè)提供金屬3D打印整體解決方案，多快好省實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
大尺寸復雜結構零部件制造
以鐳明激光打印的航天發(fā)動機中的關鍵零部件葉柵環(huán)為例，直徑達1470mm，整體為復合葉輪結構，葉片數(shù)量多且薄，加工難度大；采用激光選區(qū)熔化技術，實現(xiàn)大尺寸復雜零部件一體成形，成品表面致密無缺陷、連接結構無焊點、整體均勻一致、性能優(yōu)異；材料選用高溫合金（GH3625），保證其在高溫、高壓、高速氣流中正常工作；外表面均布加強筋以增大結構強度、剛度等力學性能。使用LiM-X1500HF飛行打印設備，20激光打印240h即制造完成，展現(xiàn)了鐳明激光對大尺寸航空航天零部件的高質高效生產(chǎn)能力。
葉柵環(huán)
航天發(fā)動機中重要組件推力室，使用激光選區(qū)熔化技術實現(xiàn)輕量化設計，減重至600kg。零件直徑為589mm，整體高度達1357mm，僅用360h就打印完成；一體成形，內部流道結構設計更自由、制造更精準；表面無焊點光潔度高，強度可靠；外部紋理貼合應用要求，工藝穩(wěn)定性高。該零件充分展現(xiàn)了鐳明激光在大尺寸特別是超高尺寸復雜零部件成形方面的經(jīng)驗與能力。
推力室
多工藝、多材料組合制造
在實際應用中，航空航天領域的特殊零部件往往需由多種材料耦合制成，對工藝、性能要求也各有不同。針對此類需求，鐳明激光采用多合金、多工藝組合3D打印的方式制造零部件，不僅縮短生產(chǎn)周期和加工成本，同時保證了成品的質量與性能。
以航空發(fā)動機推力室為例，該零件精細結構多，具有復雜內流道及薄壁結構，首先采用激光選區(qū)熔化技術完成對銅合金（CuCrZr）的一體成形，隨后采用激光熔覆技術對外表面添加高溫合金（GH4169）熔覆層，達到表面改性目的，最終成品兼具高導熱和高強度性能。
推力室
某型號前中機身產(chǎn)品，整體結構復雜、尺寸大、精度要求高、關鍵位置多、加工難度大。在實際制造中，鐳明激光將機身整體分為三個部段結構和兩個框梁結構進行制造并連接。對框類分體件采取六階段分段成形法，每階段成形完畢及時去應力退火，有效控制變形。腹板梁類零件采用腹板+激光沉積制造方式，優(yōu)化成形掃描策略，減少單位熱輸入，并在截面變化較大的區(qū)域增大倒角，減少應力集中，保證成形質量。
某型號前中機身產(chǎn)品
精密結構高品質成形
航空航天產(chǎn)品對精度提出嚴格要求，特別是葉輪、葉片、薄壁結構等零部件，既要確保在極端工作環(huán)境和復雜設計要求下的產(chǎn)品質量和性能，又要實現(xiàn)微米級的加工精度要求。
鐳明激光打印的某衛(wèi)星主體結構，材料為鋁合金，為克服大平面大尺寸變形開裂問題，采用典型的薄壁夾層結構設計：薄壁面板+點陣內芯的組合，既能夠實現(xiàn)構件的快速輕量化，又具有強度高、塑性好、耐疲勞、吸音隔熱等優(yōu)勢。依托金屬3D打印，薄壁夾層結構件可一體成形，內部點陣結構完好，粗細均勻、精準可靠。
某衛(wèi)星主體結構
以鐳明激光打印的大面積（150mm×150mm）極限尺寸結構件為例，材料為鋁合金，成形后零件整體結構完好，桿徑僅0.2mm，尺寸精度達±0.025mm。
放大50倍局部桿徑圖
打印成品可達鍛件性能要求
空天零件對結構設計的要求越來越高，同時對零部件成形質量要求更為嚴格。
渦噴發(fā)動機的重要零部件尾噴管，包絡尺寸為500mm×870mm×2880mm，內部流道多，回轉體變形控制難度大，采用激光選區(qū)熔化+減材成形方式制造，用時720h制成，最終成品達到鍛件性能要求。
尾噴管
鐳明激光打印的某型航空燃油噴桿，使用金屬3D打印一體成形，替代原本的焊接拼接方案，最終減少焊縫14個，大大提高了產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。
航空燃油噴桿
鐳明激光金屬3D打印設備，久經(jīng)用戶考驗，運行穩(wěn)定可靠，為空天領域高質高效批量化生產(chǎn)零部件提供強大支持，多次參與國家工程項目，屢經(jīng)考驗。新一代載人飛船試驗船項目中，使用LiM-S2510激光近凈成形設備打印直徑3.95m返回艙防熱大底框架，解決了大型整體構件“變形開裂”難題，在提高制造精度、增大制造尺寸、提高生產(chǎn)效率等方面效果突出；材料利用率提高了67%，大大提高了后續(xù)裝配效率。
返回艙防熱大底框架
2021年，“天問一號”探測器著陸火星，邁出我國星際探測征程重要一步。在任務研制過程中，鐳明激光LiM-X系列激光選區(qū)熔化設備制造交付產(chǎn)品30余項，LiM-S系列激光近凈成形設備制造交付產(chǎn)品9項。
“天問一號”探測器
近年來，全球空天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，從發(fā)動機部件到衛(wèi)星組件，再到飛行器結構件，3D打印的應用正在改變空天制造業(yè)生產(chǎn)模式；此外，低空經(jīng)濟、商業(yè)航天賽道穩(wěn)步發(fā)展，也加速金屬3D打印技術發(fā)展完善，成為零部件研發(fā)試制、批量生產(chǎn)的常態(tài)制造手段。鐳明激光作為金屬3D打印行業(yè)先進企業(yè)，始終在以用戶需求為導向，優(yōu)化設備穩(wěn)定性、加強工藝技術開發(fā)、升級服務質量、強化市場競爭力，為航空航天領域用戶提供多樣化金屬3D打印整體解決方案。
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