粉末冶金,粉末冶金齒輪,粉末冶金制品-中山市翔宇粉末冶金制品有限公司

選區激光熔化技術發展現狀及在民用飛機上的應用

    在國內，開展SLM設備研制的單位主要有華南理工大學、華中科技大學，武漢光電國家實驗室等[1-5]。其中，華南理工大學在2006年就聯合幾家單位開發了一套SLM快速成形設備，2014年又在前期的基礎上加以改進，生產出Di-Metal100型設備，主要參數為：SPI連續式200W光纖激光器（波長1075nm），光斑直徑50~70μm，最大成形尺寸100mm×100mm×100mm，鋪粉層厚20~50μm，掃描速度5~7000mm/s，成型腔室以Ar或N2保護，含氧量控制在0.1%以下[1-2]。華中科技大學研發的HRPM-Ⅱ型設備主要參數為：100W連續模式光纖激光器，采用二維振鏡聚焦，激光定位精度0.02mm，最大掃描速度5m/s，成形速度≥7000mm3/h，鋪粉層厚50~100μm，采用雙缸上送粉方式，最大成形尺寸為250mm×250mm×400mm。該設備在超輕結構復雜件的制備方面有較強的優勢[3]。此外，武漢光電國家實驗室也自主研發了SLM設備，并對該設備的鋪粉裝置、運動控制系統、總體集成技術等進行了深入研究[4-5]，其設備能實現與德國EOS公司設備相對應的功能，且在價格方面具有優勢，已經在航天企業中獲得了應用。

    SLM專用金屬粉末研發情況

    SLM技術與粉末冶金技術（PowderMetallurgy，PM）是互相聯系而又有所區別的兩種技術，共同點在於二者都是從粉末原材料通過加熱致密化制造出相應結構件，區別主要有兩點：（1）粉末冶金過程中，加熱的同時還要加壓，粉末未完全熔化，而SLM主要通過激光完全熔化粉末進行制造；（2）采用粉末冶金的方法，粉末是一次性放入的，而SLM中的粉末是分多批次逐步加入的。這些區別導致二者對所用的粉末原材料要求有很大不同。

    粉末冶金技術發展的歷史較為悠久，國內相關行業標準較為完善，配套粉末生產企業也比較齊全[6-7]。然而，目前生產SLM專用金屬粉末的主要是國外企業。其中，德國EOS公司規定成形所用的粉末材料也必須使用公司的配套產品，否則零件的成形效果就達不到質量要求。而EOS公司的粉末定價高，從國外進口采購周期長且面臨限購、運輸安全等風險。因此，立足國內研究情況，自主生產SLM專用粉末是必要的。在SLM專用粉末的生產方面，國內比較知名的有無錫飛而康快速制造有限公司、西安鉑力特激光成形技術有限公司、西安賽隆金屬材料有限公司、沈陽金屬所等。主要是利用感應熔煉氣體霧化技術生產粉末，并通過篩分獲得不同粒徑大小的產品。整個生產過程需在惰性氣體保護下進行，避免外來雜質污染。

    SLM技術在民用飛機上的應用前景

    隨著技術進步及人民生活水平的提高，公眾對民用飛機的經濟性、環保的要求越來越高，這對民用飛機的制造技術提出了更高的要求。減輕飛機結構件的重量能有效降低材料成本和燃油消耗，提升飛機的市場競爭能力。增材制造技術由於能有效改進結構設計，減少材料用量，縮短加工流程而倍受關注。包括波音、空客等大型民用飛機制造商都投入了大量的資金、人力、物力對這一技術進行研究，并已取得了顯著成果，在飛機發動機、吊掛、襟翼、艙門等部位已有成功的應用。例如：空客公司在A300/A310機上廚房、盥洗室和走廊等連接鉸鏈上應用了增材制造結構件，并在其最新的A350XWB型飛機上應用了Ti-6Al-4V增材制造結構件（如圖2所示），且已通過EASA及FAA的適航認證。GE公司采用增材制造技術制造了Leap噴氣發動機的金屬燃料噴嘴，通過這一技術，將噴嘴原本20個不同的零部件變成了1個。這樣造出的燃油噴嘴重量更輕，而且能夠承受極端溫度，為該公司節約了大量成本。近期GE擬采用增材制造技術制造GE9X噴氣發動機的低壓渦輪，GE9X據稱是“有史以來建造的最先進、最省油的商用飛機發動機”，這款發動機將成為波音777客機的下一代――777X客機的驅動引擎，該款機型將於2017年開始生產，并有望在2020年交付首架給客戶。