近日，航天江南航天風(fēng)華公司申報(bào)的集團(tuán)公司工藝振興課題項(xiàng)目《鎂合金結(jié)構(gòu)件增材制造技術(shù)研究》順利通過(guò)驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)在航天領(lǐng)域首次工程化應(yīng)用。
選區(qū)激光熔化成形技術(shù)作為3D打印技術(shù)的一個(gè)分支，長(zhǎng)期以來(lái)廣泛用于鋁合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼等金屬領(lǐng)域，但在鎂合金領(lǐng)域的技術(shù)研究及應(yīng)用尚屬匱乏。
“鎂合金是航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的理想材料。”航天風(fēng)華公司工藝部副主管工藝師石海介紹說(shuō)：“因?yàn)殒V合金的密度在所有金屬及合金材料中是最小的，與常用的鋼鐵和鋁合金材料相比，在同等強(qiáng)度和剛度下，重量更輕。雖然易于切削加工、優(yōu)良的抗震性、導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性能，讓鎂合金在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但是傳統(tǒng)的成形方法難以滿足航空航天設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件外形?！?nbsp;
近年來(lái)，隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，加上這項(xiàng)技術(shù)不受打印零件外形復(fù)雜程度的約束，這為航空航天領(lǐng)域使用復(fù)雜鎂合金結(jié)構(gòu)件成形提供了重要的解決途徑。
3D打印技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，鎂合金也是一種高活性輕合金，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金3D打印的研究都比較少。課題組能否解決鎂合金3D打印技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間成形過(guò)程中存在的難點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鎂合金3D打印技術(shù)工程化應(yīng)用，成為課題研究的關(guān)鍵。其中解決鎂合金3D打印的安全控制技術(shù)難題和煙塵污染問(wèn)題成為重中之重。
由于鎂是一種非常活潑的元素，具有易燃的性質(zhì)，特別是在微粒狀態(tài)下，高溫鎂合金遇氧和靜電極容易燃燒，遇水則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和熱量，也容易導(dǎo)致燃燒和爆炸。同時(shí)，鎂的熔點(diǎn)與沸點(diǎn)都很低，液態(tài)鎂合金在高溫條件下極容易蒸發(fā)，遇冷則會(huì)凝結(jié)成超細(xì)鎂粉，形成的煙塵像霧霾一樣懸浮在空氣中，存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
“我們構(gòu)建了一套安全防控技術(shù)，同時(shí)對(duì)打印過(guò)程中的成形機(jī)理進(jìn)行充分研究，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)220個(gè)小時(shí)不間斷的打印。”石海和團(tuán)隊(duì)一起反復(fù)論證了多個(gè)方案，最終摸索出了一套既符合工藝要求，又能滿足安全和環(huán)境需求的方案，成功解決了鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)過(guò)程中安全控制、煙塵污染等難題，探索出了鎂合金3D打印工藝參數(shù)。
旋轉(zhuǎn)尾翼是一項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品重量和力學(xué)性能都要求非常高的產(chǎn)品。相比鋁合金滿足力學(xué)性能要求，但產(chǎn)品重量超標(biāo)，鑄造鎂合金重量要求達(dá)標(biāo)，但力學(xué)性能不符合要求，公司利用鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)成功生產(chǎn)出各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求的旋轉(zhuǎn)尾翼，并實(shí)現(xiàn)了工程化應(yīng)用，這也成為檢驗(yàn)該項(xiàng)技術(shù)最終取得成功的一把標(biāo)尺。
航天風(fēng)華公司基于鎂合金打印安全控制技術(shù)申報(bào)的論文榮獲集團(tuán)公司安全生產(chǎn)論文二等獎(jiǎng)，基于鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)研究成果，公司參加了由中國(guó)科學(xué)院和深圳市人民政府聯(lián)合主辦的全國(guó)第二屆“率先杯”未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新大賽，獲深圳賽區(qū)提名獎(jiǎng)，同時(shí)研究成果被收錄至大賽優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目庫(kù)。
據(jù)了解，鎂合金作為典型的輕金屬代表，鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)的研究取得成功，不僅可以為開(kāi)拓鎂合金3D打印市場(chǎng)，讓鎂合金3D打印技術(shù)在結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品上形成規(guī)?；瘧?yīng)用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，還可以依托3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎂合金產(chǎn)品的輕量化優(yōu)化升級(jí)，進(jìn)一步拓展鎂合金的應(yīng)用范圍。（文/鐘義杉）
