金属3D“锻打印”：激光粉末床熔融与超快激光冲击复合技术
- 来源：“南极熊3D打印”微信公众号
- 2024/10/28 11:05:00
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在2024年10月24日举办的“第四届航空航天增材制造大会”上，西安空天机电智能制造有限公司(简称：西空智造)面向航空航天领域展示了公司最新研发的“锻打印”技术研究成果和市场应用情况。这项技术的成功使用全面提升了金属增材结构件的力学性能，对某型飞机0.8mm薄壁的液压导管强化后，疲劳寿命甚至提高了4.6倍。
据南极熊了解，“锻打印”技术由西空智造携手西安交通大学共同研发，主要解决常规LPBF技术增材制造过程中部件内部残余应力问题，这些应力往往引起零件变形、开裂甚至孔洞等缺陷。通过使用光纤激光+强化激光，实现增材一层、强化锻打一层，精确调控增材部件的应力场、组织和缺陷。因此，“锻打印”技术显著提高了打印件的力学性能，有效提升了产品质量。
细化晶粒、提升硬度、提高疲劳极限
据悉，西空智造自主研发的国产化“锻打印”设备，是具备在打印过程中实时调控应力场的先进技术，通过激光增材“热场”与激光冲击“力场”的耦合，有效解决了零件成型过程中的变形和开裂难题。“锻打印”设备能够在不依赖添加剂和调整粉末成分的情况下，成功打印难熔金属材料，包括7075铝合金和镍基高温合金。
与常规LPBF打印技术相比，采用该设备打印的7075铝合金，其整体显微硬度提高了20%～40%，晶粒细化程度超过30%；相较于热处理AlSi10Mg合金，锻打印后去除了表面大部分未熔合缺陷，截面显微硬度提升15%-20%。
减少变形、简化后处理
“锻打印”设备搭载的DD1激光模块，能够实现轮廓边缘的高精度加工，有效减少甚至消除支撑结构，净成型产品，同时抑制增材制造过程中薄壁结构的变形问题，对200×200×1mm的试验件测试发现，采用锻打印技术后，最大变形量可降低50%以上。
此外，“锻打印”技术能够成功将内部残余拉应力转变为压应力，如激光锻打印316L残余压应力幅值在50-100 MPa左右；实现少支撑或无支撑，从而减少后续加工和热处理的需求，降低了制造成本和时间。
“锻打印”技术的应用方向
“锻打印”技术通过XK-CK300S智能化监控系统，实现打印过程的全方位智能监控，进一步提升了制造过程的可靠性和最终产品的质量控制。
未来，“锻打印”技术将重点应用于：
●叶片/盘、高端轴/齿轮、高端装备主承力结构等高性能增材制造；
●复杂结构机匣、复杂内流道结构部件、燃烧室/助推器等一体化部件、复杂薄壁结构等难制造部件的增材制造；
●现场少支撑、无热处理的敏捷增材制造；
●低成本材料做高性能构件(如等轴晶复杂冷却结构取代某些单晶叶片)；
●难打印材料(7075铝合金/IN738高温合金)的增材制造。
西空智造研发的“锻打印”技术在提升力学性能、改善质量一致性、减少后处理需求、提升可靠性以及复杂结构件打印方面，有着非常大的创新推动作用，为航空航天领域带来了新的动力，填补了国内在这一领域的技术空白，达到了国际先进水平，有助于推动该领域向更高效、更可靠的方向发展。
西空智造表示，期待与行业专家、业界同仁等深入交流和探讨，促进技术升级，加快行业应用进程。
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