《多激光束金属熔化增材制造设备研制及工程化应用》

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项目所属科学技术领域及项目背景:该项目属于材料与先进制造技术领域。航天领域各类型号众多,结构复杂、对轻量化要求高,具有多品种和小批量生产特点。传统加工生产成本高,周期长,制约产品设计。激光选区熔化(SLM)技术能够制造任意复杂结构金属零件。但是,该成形容易产生球化、翘曲变形及裂纹等缺陷。多激光金属熔化技术可有效降低零件内应力,减少球化、翘曲变形及裂纹等缺陷,可直接制造复杂形状金属零件,具有广阔应用前景。主要内容:该项目设备采用多激光扫描机制,基于CAD模型,首先利用二氧化碳激光快速地扫描粉床预热粉末。然后,利用光纤激光选区熔化成形零件截面。最后,二氧化碳激光快速扫描熔化区域,起到光整和抛光作用。通过预热、熔化和光整三步工艺,提高零件的成形质量。主要技术创新内容:该项目主要创新点如下:提出光纤激光器+CO<,2>激光器的双激光复合扫描系统,开发了一套预热、熔化和光整的工艺,解决单一激光一步成型引起的残余应力大、变形开裂等难题,在保证制造效率的同时,提升零件性能和表面质量;提出精密双导轨自传式铺粉技术,发明了整体式粉床铺粉装置,解决SLM技术对铺粉系统高平整度要求的难题,铺粉平整度小于0.002mm,零件成型精度达到100±0.1mm;提出分块变相扫描、带状变失长变相扫描相结合的复合扫描策略,实现大面积成型范围的均匀扫描,表面粗糙度达到Ra10μm,致密度达99.9%,减小翘曲变形;提出高气密性一体化成型技术,解决腔室密封性和腔室内氧含量实时监控的难题,确保了工作腔内氧气含量保持在0.1%,满足对氧含量敏感的金属的成型环境要求。技术经济指标:技术指标:成形构件致密度不小于99.9%;成形零件综合机械性能达到同质锻件标准;成形零件整体精度:100±0.1mm;成形最小壁厚:0.2mm;成形空间:250mm×250mm×250mm;分层厚度:0.02-0.20mm连续可调。经济指标:该项目预达到年生产能力10台,实现产值1570万元。知识产权及应用推广情况:该项目已授权专利11项,受理3项,软件登记1项。发表论文37篇,国外25篇,国内12篇,SCI/EI收录29篇,国内外引用146次。推广应用情况:设备已成功应用于固体姿轨控发动机高温合金扰流环、航空发动机某关键零部件、高强不锈钢阀门等研制任务,验证了该技术成熟度和质量稳定性。经济与社会效益:该项目设备的成功研制已为航天航空等军工及医学、模具、汽车等领域的零件制造服务及技术支持,并且产生了巨大的经济效益。

成果说明

设备已成功应用于固体姿轨控发动机高温合金扰流环、航空发动机某关键零部件、高强不锈钢阀门等研制任务,验证了该技术成熟度和质量稳定性。

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