馮濤：大尺寸高精度金屬3D打印設備開始攻關
隨著歐美等國家將金屬3D打印的產品不斷應用于航天、軍工、太空等決定人類未來的領域，我國也正在努力縮短與歐美國家的差距。日前，“大尺寸粉末床選區激光熔化增材制造工藝與裝備研發”項目獲得了2016年國家重點研發計劃“增材制造與激光制造專項”(2016YFB1100700)1985萬元的經費支持。
據了解，該項目由北京易加三維科技有限公司為承擔單位，由清華大學、北京天遠三維科技有限公司、中國航空工業集團公司北京航空材料研究院、北京星航機電裝備有限公司、中國直升機設計研究所、中國燃氣渦輪研究院為參研單位。
馬凱副總理在參觀先臨三維時，北京易加總經理馮濤向其匯報公司在金屬3D打印領域的最新科研成果。
項目負責人北京易加三維科技有限公司總經理、高級工程師馮濤介紹，該項目完成后，可實現航空航天、軍工等行業對金屬3D打印成品的要求，即尺寸大、精度高、力學性能好、表面粗糙度低、致密度100%;該技術代表了未來金屬3D打印技術的發展方向，擁有該項技術可使我國航空航天、軍事進入國際先進水平;該項目的實施將填補我國此項技術的空白，打破發達國家對我國的技術壟斷，有利于提升我國在航空航天、軍工制造、精密醫療等領域技術能力。
據介紹，SLM金屬3D打印設備已進入商業化發展的快車道，近3年裝備的裝機臺數增長率均超過50%，裝備制造廠家快速擴張，傳統裝備制造巨頭也開始介入。但我國成熟的商用SLM裝備的成形尺寸一般小于300mm，完全不能滿足大尺寸零件的制造需求;同時，還存在成形效率低，成形過程工藝變量多，成形質量不能量化控制等問題。而成形尺寸范圍在500mm×500mm×500mm 以上的金屬3D打印設備的商業化研發主要集中在歐美等發達國家，為他們所壟斷，他們在SLM設備、軟件及工藝等領域的研究均處于國際領先地位，因此在航空航天、軍工制造等領域都領超我國較多水平。更令人擔憂的是，雖然我國SLM技術的應用和研究機構較多，但是針對大尺寸粉末床SLM設備的國產化尚無成功的商業化案例。
馮濤介紹，由北京易加三維科技有限公司承擔的“大尺寸粉末床選區激光熔化增材制造工藝與裝備研發”項目，將通過對大尺寸粉末床SLM金屬3D打印智能裝備的設計與研制，完成針對小尺寸SLM金屬3D打印設備向大尺寸SLM金屬3D打印設備的飛躍。項目提出雙艙室雙工位隔離作業模塊化布局的總體設計思路，方便大尺寸零件的取出，有效減少了惰性氣體的用量，同時解決雙工位轉換的氣體密封、粉料的高精度變量供給與回收、氣氛的智能循環凈化等技術難題。
該項目還提出并實現同時滿足大尺寸和高效率的多激光多振鏡分區掃描及其光路設計與控制技術，實現多激光聚焦光斑的定位精度、激光功率的一致性和多振鏡掃描邊界的有效搭接，在保證大尺寸零件加工精度的前提下，有效提高了加工效率。突破大功率長時間工作條件下的光學系統的穩定性控制技術，實現建造過程熔池狀態、成形件幾何尺寸、工作艙氣氛、鋪粉狀態等實時監測、診斷及智能處理技術，在提高設備智能化的同時保證了運行的穩定性和可靠性，滿足了連續成形大尺寸零部件加工的要求。研發出基于熔池的凝固、掃描區域溫度場、工件幾何特征、變形與多激光多振鏡分區掃描等多因素集成的擁有自主知識產權的成形軟件，減少大尺寸復雜件成形過程中激光的通斷次數和不均勻變形，提高制造效率的同時保證了加工質量。
據悉，該項目研發的裝備支持鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金等多種金屬復雜構件的高效率成形，制造效率可達到≥120cm3/h，成形尺寸范圍≥500mm×500mm×500mm，成形幾何精度≤±100μm，表面粗糙度≤Ra12，裝備的無故障運行時間≥500h，并將在航空航天領域開展示范化應用，完成多款航空航天大尺寸零件的制造，并進行裝機驗證，真正的將大尺寸3D打印零件應用于我國的航空航天領域。同時將制定出4種典型材料(鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金)的SLM成形工藝標準規范，為大尺寸3D打印應用于航空航天領域建立良好的應用標準。
馮濤特別強調，“大尺寸粉末床選區激光熔化增材制造工藝與裝備研發”項目提出對大尺寸SLM金屬3D打印設備進行系列化模塊研制，此技術具備國際先進水平，可填補我國此項技術的空白，會促使國外同類設備進入中國市場的價格大幅降低，項目執行期內將完成不少于兩臺套的設備銷售指標，未來10年內將會帶來20億元的市場份額。
據悉，該項目的研發終將解決現在粉末床SLM金屬零件建造效率較低、質量仍與鍛件有差距、設備的智能化水平低、可靠性及穩定性較差，不適合制造大型整體零件等世界性難題，將改變我國在大尺寸粉末床SLM工藝、設備以及成形軟件開發等方面一直以來落后于國外的局面。同時，在金屬3D打印與激光制造等方面關鍵技術會有很大突破，超前部署研發我國下一代粉末床金屬3D打印設備，促進傳統制造業轉型升級，支撐我國高端制造業發展。
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