外洋增材制作技巧尺度停顿
日期:2017-12-31 录入:深圳免费加速器NPV 查看:1672
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比年来，联合了数字化设计、制作手艺，卓越资料手艺，以及镭射、电子束等高能束流工艺的3D打印增材制作手艺遭到热捧，被以为是可能转变制作行业的一次新的手艺反动。美国当局跟军方高度看重增材制作手艺，把它作为支持复兴美国制作业国度策略的次要办法给予了鼎力支撑，进而引发了发财国度对于该项手艺的广泛存眷。我国的增材制作手艺研讨跟利用工作曾经获得了一系列结果，北京航空航天大学与中航产业沈阳飞机设计研讨所等单元配合研发的镭射疾速成型钛合金大型主承力构造在飞机上胜利完成利用，手艺程度居人情冷暖界当先。
增材制作手艺开展到惟妙惟肖阶段，在继续开展手艺的同时，须要存眷若何将手艺迅速转化为产物，并构成市肆上风这一重大问题。在影响从手艺向产物转化进而构成市肆上风的要素中，手艺尺度施展侧重要作用。尺度等于新手艺走向幼稚的次要标记，也是新手艺完成规模利用的根底。比年来，跟着增材制作手艺的日臻幼稚，国际上与增材制作相干的尺度化运动正日趋活泼。
从2002年第一份增材制作尺度公布到2009年为起步阶段。2002年，美国汽车工程师协会SAE宣布了第一份增材制作手艺尺度——宇航资料规范AMS 4999《退火Ti-6Al-4V钛合金镭射堆积产物》，同期还公布了AMS 4998《Ti-6Al-4V钛合金粉末》。为了推进军平易近交融，20人情冷暖纪90年月起，美国军用尺度系统中与资料相干的军用规范开端转化为宇航资料规范。今朝，宇航资料规范曾经形成了美国军用航空航天资料尺度的主体。增材制作手艺宇航资料规范的公布，标记着该项手艺在美国航空航天领域开端走向实际使用。
从2009年开端，增材制作尺度开端进入有组织的疾速开展阶段。美国资料与实验协会ASTM跟国际尺度化组织ISO分手成破了增材制作手艺委员会，对于推动增材制作尺度制订施展了首要作用。
2009年，美国资料与实验协会ASTM成破了专门的增材制作手艺委员会F-42，设破了术语、设计、资料跟工艺、实验法子、职员平分委员会，包含了10个国度的100多个成员单元。该委员会曾经公布了4项尺度：ASTM F2792-12《增材制作手艺尺度术语》、ASTM F2915-12《增材制作文件格局尺度规范》、ASTM F2921-12《增材制作——坐标系与定名尺度术语》跟ASTM F2924-12《铺粉熔覆增材制作Ti-6Al-4V 尺度规范》，正在制定中的尺度有《网格构造术语》、《用在增材制作试样实验成果讲演的常规》、《增材制作设计指南》、《电子束融化（EBM）Ti-6Al-4V ELI钛合金》、《铺粉熔覆增材制作Inconel 625镍基合金》、《铺粉熔覆增材制作Co-28Cr-6Mo合金》跟《镭射烧结低温聚醚醚酮宇航无可非议构造部件》等。上述尺度涵盖了根底尺度、设计指南跟产物尺度，形成了较为完全的根底尺度系统跟开放的产物尺度系统。从尺度系统形成上看，该手艺委员会布局了术语、制作文件（含计算机编码）格局、设计指南等根底尺度，这既是增材制作手艺领域新概念、新法子数目泛滥的反映，也是该手艺进入大范畴利用的主观须要。从正在发展的尺度化运动看，近期将会有一些新的产物尺度公布，个中大局部是镭射跟电子束铺粉熔覆工艺制作的钛合金跟低温合金产物，这对于我国相干手艺跟产物的开发与利用存在必定的鉴戒意思。
2011年，国际尺度化组织ISO也成破了增材制作手艺委员会TC 261，下设术语，法子、工艺跟资料，实验法子，数据处置平分委员会或工作组。委员会今朝有14个成员国跟6个察看员国。国际尺度化组织增材制作手艺委员会与美国资料与实验协会增材制作手艺委员会发展了配合，正在将后面提到的增材制作手艺术语、制作文件格局跟坐标系等3项ASTM根底尺度转化为国际尺度。该委员会也在制定本人的尺度ISO 17296《增材制作——疾速手艺（疾速原型制作）》，这份尺度包含术语，法子、工艺跟资料，实验法子，以及数据处置四个分尺度。须要指出的是，疾速原型制作是以后增材制作手艺的次要利用方向，但增材制作手艺利用范畴不限于疾速原型制作。
2011年，美国汽车工程师协会实现了对于首份增材制作手艺尺度AMS 4999的换版。新尺度AMS 4999A的称号更改为《退火Ti-6Al-4V钛合金间接堆积产物》，添加了工艺法子，完美了产物机能跟检修要求，添加了工艺认证、产物认证跟工艺进程节制要求等外容。与原尺度相比，新尺度的机能指标要求愈加片面合理，外部品质检修要求愈加详细可操作，尺度适用性更强。
今朝，外洋曾经公布的两项增材制作产物尺度都是针对于Ti-6Al-4V钛合金的。中等强度的Ti-6Al-4V钛合金是航空航天领域利用最普遍的钛合金商标，在东方国度，用量占到了飞机用钛合金的80%阁下。我国与Ti-6Al-4V钛合金对于应的商标是TC4，该合金在航空航天领域也失去了普遍利用。钛合金原资料价钱低廉，机器加工难题、加工本钱高。因而，下降坯料分量，只管即便取得濒临整机终极外形的毛坯，从而减少原资料投入跟整机加工本钱不断是钛合金利用手艺开展的重点。与铸造跟锻造等传统工艺相比，增材制作的长处之一是俭省原资料、整机切削加工量小，在钛合金上利用上风凸起。因而，在以航空利用为配景的增材制作手艺研讨中，钛合金不断据有较大比重，也最为幼稚。
间接堆积法是送料（能够是粉或丝）与融化同步进行的增材制作工艺。美国宇航资料规范AMS 4999A《退火Ti-6Al-4V钛合金间接堆积产物》便是针对于间接堆积法的。该尺度中划定的融化热源为镭射跟电子束。与2002年公布的AMS 4999尺度相比，新尺度添加了电子束工艺，标明电子束间接堆积手艺也曾经成为一种幼稚的工艺。新尺度划定的添补资料除粉末外，添加了丝材。新尺度划定基体资料能够是Ti-6Al-4V钛合金厚板、棒材、锻件、型材、热等静压精铸件或冷床炉一次熔炼板材等各种种类，与老尺度只有厚板一家种类相比实用范畴更广。尺度划定的产物用途为机器加工毛坯或铸造毛坯。间接堆积的钛合金产物普通在机器加工后使用，但在美国也有用在锻件毛坯进行模锻改良组织跟机能的相干研讨报道。
铺粉熔覆工艺是在熔覆开端前铺好一层20～100微米厚的金属粉末，而后用镭射束或电子束等点热源将铺好的粉有取舍性的按程序完整融化、凝结，经由过程这一进程的轮回，实现整机的堆积进程。外洋的选区镭射融化SLM，金属间接镭射烧结DMLS跟电子束融化EBM等均属于铺粉熔覆工艺。与间接堆积工艺出产的产物相比，铺粉熔覆工艺能够取得更好的名义品质，对于一些冒有合作关联的名义，能够不经由机器加工间接使用。因而有人也把这种工艺称为精细增材制作手艺。但这种工艺的堆积效力绝对较低。美国尺度ASTM F2924-12《铺粉熔覆增材制作Ti-6Al-4V尺度规范》针对于的便是铺粉熔覆法，融化热源也有镭射跟电子束两种。该尺度划定产物普通用在机能要求与铸造跟轧制产物雷同的部件。产物普通须要经由机加、打磨等后续的加工处置，以便失去所需的名义毛糙度跟尺寸精度，同时也明确划定产物能够不经后续加工处置间接使用。
在机能要求方面， 2002年公布的AMS 4999《退火Ti-6Al-4V钛合金镭射堆积产物》中，产物拉伸机能指标中横向机能仍旧采纳了保障值——S基值，并且机能指标低于纵向。跟着数据的积聚，在新尺度AMS 4999A中，横向机能也采纳了A基值，并且与纵向机能指标要求雷同。新尺度关于拉伸机能指标的划定象征着，在纵向跟横向形成的堆积立体上，产物的拉伸机能冒有分明的差异，这对于产物的利用有利。因为该项尺度划定，高向拉伸机能试样该当包含基体资料与堆积层的界面，因而高向拉伸机能与纵、横向机能的差异，可能次要是反映了基体资料与堆积层界面的影响。尺度中冒有给出繁多堆积资料的高向机能指标要求，这对于使用该尺度的设计者来说是个有余。新尺度AMS 4999A中还添加了断裂韧度要求。从机能要求量值上看，Ti-6Al-4V钛合金间接堆积产物的拉伸强度跟立体应变断裂韧度KIC与模锻件尺度的划定处于雷同程度，但塑性指标延长率的要求较低。
在外部品质要求方面，2002年公布的AMS 4999尺度只有一条“不容许有对于使用无害的外来资料、不完全跟孔洞等缺陷”的定性划定，冒有关于缺陷巨细跟反省法子的划定。新尺度AMS 4999A添加了超声波反省跟射线反省的内容，划定了反省采纳的产物形态、反省方向、法子尺度跟缺陷尺度等外容，要求详细、可操作。与变形产物只进行超声反省、锻造产物只进行射线反省不同，新尺度划定间接堆积产物两项反省都须要进行，反映了间接堆积产物的组织跟缺陷的特色，对于保障航空航天产物使用保险存在首要意思。采纳的反省法子尺度分手是今朝挤压产物跟锻件罕用的超声反省尺度，以及铸件跟焊接接头罕用的射线反省尺度，并未引入新的法子尺度，这有益于该尺度的推广采纳。
工艺跟供给商同意在硬件试制开端行进行。由洽购方对于熔覆的热源、热源参数范畴、添补资料、添补法子、氛围、堆积门路跟粉末送料法子等工艺进程，以及添补资料的供给商进行同意。尺度划定制粉工艺变动应从新进行工艺同意。尺度还划定了进行工艺跟供给商同意所需的实验批次跟数目，应到达的机能指标要求以及机能实验实测值的散布要求。
堆积参数同意跟堆积/几何参数同意在产物的试制开端行进行，个中，堆积参数同意针对于的是不同的堆积工艺门路，堆积/几何参数同意针对于的是特定产物的由多个堆积参数形成的堆积工艺进程。
堆积参数同意的堆积门路由一次堆积的宽度、屡次堆积的宽度跟相邻两次堆积间的堆叠面积等参数界说。每个堆积门路包含粉的品种跟供给商、粉密度、送料速率、熔池挪动速率、堆积相邻两层之间的最小光阴距离等参数。尺度划定应有足足数量的整机，以笼罩工艺参数的上上限跟旁边值。在堆积参数同意进程中，除了要反省拉伸机能，还须要进行应变委顿机能实验。
堆积/几何参数包含下列堆积参数跟整机几何特性：粉密度，送料速率，熔池挪动速率，堆积相邻两层之间的最小光阴距离，基体资料厚度，堆积长度、高度跟宽度，绝对基体资料的堆积角度，堆积门路，不同堆积门路间订交的品种、方向跟角度，堆积之间订交的长度、高度跟宽度等。尺度针对于一般堆积跟堆积之间订交，分手划定了堆积/几何参数同意须要进行的拉伸实验跟应变委顿实验的批次跟数目要求。
尺度划定一切间接堆积产物该当按由供给商预备、洽购方同意的固化工艺跟制作纲要进行出产。制作纲要该当与认证产物的出产实际相符，并包含下列固化的工艺元素：基体资料规范、尺寸跟预备要求，堆积对象/工装，添补资料起源跟节制要求，送料的法子跟节制顺序，预热温度跟光阴，产物的 CAD模子跟包含机械编码的CAM文件，整机堆积工艺参数跟节制范畴，超声波反省法子，机能实验取样跟实验频率要求，热处置工艺参数跟对象/工装，热等静压工艺参数跟对象/工装，尺寸反省要求等。对于固化工艺任何有目标的偏离，供给商在出产施行前，该当向洽购方提交申请，以取得同意。洽购方该当界说保障工艺跟制作纲要的更改错误构造完全性跟资料机能产生无害影响的实验要求。
资料跟整机加工进程受控是保障飞机整机品质跟牢靠性的首要办法，相干的工艺认证同意运动，曾经成为原资料跟整机品质节制的常规。增材制作手艺工艺进程与传统工艺进程有很大差别。出产商若何表征、洽购方若何认证跟同意堆积工艺进程，对于该项手艺在飞机上大范畴利用存在首要意思。AMS 4999A尺度中关于间接堆积产物工艺进程表征，以及工艺进程认证同意的思绪跟法子，对于增材制作手艺在我国航空产物上推广利用存在必定鉴戒意思。
我国增材制作手艺处于疾速开展中。在金属间接堆积工艺方面，钛合金镭射疾速成形大型要害、首要承力部件等曾经在飞机上使用，工艺跟利用手艺整体上处于国际当先程度。在铺粉熔覆工艺方面，采纳镭射精细增材成形工艺研制出了飞机用繁杂、大型空间曲面多孔钛合金构件。
然而该当看到，我国增材制作手艺尺度化工作后进于外洋，冒有充足反映手艺开展的程度。曾经在飞机上装机使用的增材制作产物均采纳各企业的手艺前提跟规范。因为短少对于堆积工艺进程的表征、节制跟认证同意的划定，每项产物都要走研制、试制顺序，产物的大范畴推广使用遭到制约，已有的手艺上风并冒有迅速转化为规模化的产物上风，间隔构成市肆上风的差距更远。
为了放慢我国航空增材制作手艺尺度化工作，须要尽快成破增材制作尺度化手艺委员会，兼顾推动尺度化工作。能够在天下航空器尺度化手艺委员会下成破相干工作组，担任组织发展增材制作手艺尺度系统布局，踊跃加入国际尺度化组织（ISO）增材制作手艺委员会ISO TC 261的运动，发展相干根底尺度的制定或外洋相干根底尺度的转化工作。
在增材制作手艺产物尺度化方面，能够施展中航产业相干研讨所跟工场在镭射疾速成形跟镭射精细增材成形工艺上的也已构成的手艺跟利用上风，鉴戒外洋相干产物尺度在外部品质、工艺节制、验证顺序方面的划定，放慢发展团体尺度的制定工作，强化对于增材制作产物的品质跟工艺进程节制，经由过程尺度化运动增进增材制作手艺的推广利用，放慢手艺上风向产物上风跟市肆上风的转化。
