基于粉末床的金属激光熔融


日期:2017/06/15 来源:MM《现代制造》

一直以来,增材制造技术都占据着金属加工领域头条新闻的位置,这种被誉为将带来“第三次工业革命”的3D金属打印技术标志着制造实体零件的制造方法发生了巨大的改变,也揭示了金属零件制造模式已经发生了根本性的转变。在这种转变之中,或在融合了传统切削加工和增材制造的混合制造工艺中,增材制造技术已经变得越来越重要。

航空和航天工业领域内,欧洲最先进、最全面的宇航公司Thales Alenia Space和法国3D打印服务公司Poly-Shape SAS达成合作伙伴关系,为韩国的新通信卫星Koreasat-5A和Koreasat-7提供增材制造部件,从而也再次证实了3D金属打印技术是数字化制造方式的创新推动者和先驱者地位。

太空轨道中欧洲最大的增材制造部件:卫星的铝制天线支架

据介绍,Koreasat-5A和 Koreasat-7的天线支架将成为迄今为止,欧洲采用基于粉末床的金属激光熔融技术制造并送入太空轨道的最大体积零件,其尺寸为447 mm×204.5 mm×391 mm,重量却只有1.13 kg。该部件属于超大型的工程部件,由法国Poly-Shape SAS采用增材制造而成,

铝在重量和导热性上具有优势,是卫星上最常用的金属材料,因为卫星需要送入太空轨道的重量越轻越好。增材制造技术在轻量化结构方面具有巨大的潜力。

太空应用要求所使用的材料具有很高的强度、刚度和耐腐蚀性,因此Thales Alenia Space为该增材制造部件选用了AlSi7Mg合金,且在部件的验证过程中,该增材制造成品部件表现出了<1%的低孔隙率,并最终成功通过了Thales Alenia Space公司的动态测试。与传统结构相比,仿生的增材制造结构重量减轻了22%,更重要的是,在生产率极大提高的同时,成本还下降了30%。

Poly-Shape拥有28台具备不同构造空间大小的3D金属打印设备。目前,Poly-Shape所有可使用铝合金粉材进行3D打印的设备中,构造空间尺寸最大的是Concept Laser的X line 1000R,该设备可提供630 mm×400 mm×500 mm的构造空间,并在惰性气体保护下,进行安全生产和粉末筛分管理,这些都是依据ATEX安全标准设计。此外,X line 1000R还拥有一个可交替使用两种构造模块的旋转机构,因此能够保证连续生产、无停工时间。这种独一无二的设备设计不仅提供了极高的时间可用性,也让机器的加装和拆卸操作变得简单和安全。

处理447 mm×204.5 mm ×391 mm的庞大尺寸时,毫无疑问需要最大程度地控制翘曲现象发生。X line 1000R为构造空间提供了均衡的温度控制,避免在制造“超大型”部件时产生翘曲。制造大型而又复杂的仿生几何形状当然是很耗费时间的,但Concept Laser的 3D 金属打印设备在进行该项目庞大产品生产时只用了几天时间。

过度到增材制造意味着设计思维也需要转变。为了完全发挥出激光熔融的潜力,1:1复制几何形状是毫无意义的。为了对3D部件进行修整使其具备符合性能要求的几何形状、仿生和轻量化结构,需要使用CAE-CAD辅助方法。Florence Montredon介绍说:“我们已经证实增材制造将是更多项目的有力竞争者。将来,我们还希望直接在3D结构上或内部置入热控或无线电功能部件,即下一个任务是进行功能集成。”

Koreasat-5A和Koreasat-7项目展示了超大型高精增材制造部件在太空应用中的可行性。该项目令人印象深刻,展示了增材制造在航天工业中的潜力,相信未来航空航天领域中肯定还将会有更多此类项目的出现。