我國激光平面成形技術(shù)世界搶先
1892年，一個平面地形模型制造的美國專利首創(chuàng)了疊層制造原理，在其后的一百年間，相似的疊層制造專利無數(shù)百個之多，理論中的技術(shù)探究也層出不窮。但以平面光刻技術(shù)的降生為標志，以疾速滿足柔性化需求為次要使用目的的古代增材制造技術(shù)才真正構(gòu)成。可以說，假如沒有CAD實體模型和對其停止分層剖分的軟件技術(shù)，沒有可以控制激光束按恣意設(shè)定軌跡運動的振鏡技術(shù)、精工機床或機器手，增材制造技術(shù)的柔性化特征就只能停留在一種理想的原理上。因而，增材制造技術(shù)應該被稱為信息化增材制造技術(shù)或數(shù)字化增材制造技術(shù)。作為信息化時代的代表性制造技術(shù)，增材制造技術(shù)是應該失掉鼎力支持的前沿技術(shù)，是使我國在信息化時代，特別是以后回歸實體制造業(yè)的世界潮流中占領(lǐng)制造技術(shù)范疇國際制高點的優(yōu)先開展方向。 激光平面成形是可以滿足成形/成性一體化極限需求的增材制造技術(shù) 自平面光刻技術(shù)降生以來，發(fā)生了很多構(gòu)思巧妙的增材成形制造技術(shù)，對社會消費力的開展起到了極大的推進作用。但大少數(shù)增材成形技術(shù)次要是使用于疾速原型制造，所以一度被冠以“疾速原型”技術(shù)的稱號。但增材成形原理絕非只能用于成形，也可以處理高功能的需求。激光平面成形技術(shù)就是一種統(tǒng)籌準確成形和高功能成性需求的一體化制造技術(shù)。激光平面成形技術(shù)是將增材成形原理與激光熔覆技術(shù)相結(jié)合，集激光技術(shù)、計算機技術(shù)、精工技術(shù)和資料技術(shù)諸多古代先進技術(shù)于一體的一項完成高功能致密金屬零件疾速自在成形的增材制造技術(shù)。 20世紀90年代以來，資料加工技術(shù)開展前沿出現(xiàn)了一個分明的趨向，即追求短流程、低耗費、高柔性、環(huán)境敵對、成形與組織功能控制一體化的先進技術(shù)。這種趨向反映的是需求的極限化要求，即同時滿足多方面高端需求。這種極限化的需求在很多范疇反映出來，而尤以航空航天范疇為典型。航空航天范疇的金屬資料加工技術(shù)的典型前沿需求是統(tǒng)籌高精度、高功能、高柔性與疾速反響，成形構(gòu)造非常復雜的薄壁金屬零件。雖然鑄、鍛、焊、粉末冶金等各種傳統(tǒng)技術(shù)都被努力發(fā)揚到近于極限，但由于其各自的技術(shù)原理所帶來的基本性限制，仍然難以滿足這種極限化需求，這經(jīng)常成為制約航空航天全體技術(shù)開展的瓶頸。激光平面成形技術(shù)，作為一種疾速自在成形高功能致密金屬零件的新技術(shù)，為處理同時滿足上述多方面高端需求的難題提供了一條全新的技術(shù)途徑。這項技術(shù)在醫(yī)學植入體、船舶、機械、動力、動力范疇復雜全體構(gòu)件的高功能直接成形和疾速修復等范疇也都有寬廣的使用前景。 同批量化制造相比，滿足多樣化需求的特性化制造實質(zhì)上是高本錢的。信息化增材制造與采用慣例制造技術(shù)來滿足多樣化和特性化需求相比，本錢曾經(jīng)失掉了極大的降低，但同批量化制造相比其本錢依然更高。因而，除了在新品研制和航空航天等可以接受較高制形成本的高端范疇外，激光平面成形技術(shù)在其他范疇的使用開展還遭到較大的限制。但任何新技術(shù)的開展都有一個從初期的高本錢逐步降至低本錢的進程。激光平面成形有進一步降低制形成本的寬廣空間。一方面，激光器及其運轉(zhuǎn)本錢在不時降低；另一方面，隨著人力本錢越來越高，激光平面成形絕對于需求少量人力的傳統(tǒng)加工技術(shù)的本錢會變得越來越低。在現(xiàn)階段，激光平面成形還次要是在要求高功能、小批量、疾速反響的零件消費的場所具有競爭力，而將來在批量消費范疇的競爭力也會逐步加強。 東南工業(yè)大學激光平面成形C919飛機翼肋緣條。 增材制造/激光平面成形技術(shù)的開展現(xiàn)狀與趨向 近年來，激光平面成形技術(shù)失掉興旺國度政府、大企業(yè)和研討機構(gòu)的高度注重。作為美國制造業(yè)復興方案“WeCan，tWait”項目的一局部,美國政府于2013年8月高調(diào)宣布成立國度增材制造創(chuàng)新研討所(NAMII：NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute)，其第一階段的政府和官方投資為7000萬美元。奧巴馬總統(tǒng)強調(diào)這個研討所的成立是強化美國制造業(yè)的步驟。在空客于2006年啟動的集成機翼方案(IntegratedWingATVP，第一階段總經(jīng)費3400萬英鎊)中，英國焊接研討所(TWI)承當起落架激光成形研發(fā)任務(wù)，經(jīng)費400萬英鎊，TWI為此樹立了兩套激光成形配備。南非科技與工業(yè)研討院(CSIR)上司的國度激光中心與南非航空制造公司Aerosud將協(xié)作展開Aeroswift項目研討。Aeroswift的目的是，自主開發(fā)高速度、大體積的高功能金屬零件激光添加資料制造(LAM)零碎，為全球航空工業(yè)制造鈦金屬資料配件，并力爭在將來三年內(nèi)，使Aerosud成為全球航空構(gòu)造資料制造范疇的領(lǐng)軍者。Aeroswift的目的是直接加工2m×0.5m×0.5m的零件。為此，南非科技部曾經(jīng)投入了2800萬蘭特(約合1712萬元人民幣)，并且估計他們的LAM制造體系將在2012年底至2013年終完成組建和實驗任務(wù)，然后開端優(yōu)化和工藝鑒定，希望從2015年開端片面消費。 美國波音公司、洛克希德·馬丁公司、通用電氣航空發(fā)起機公司、Sandia國度實驗室和LosAlomos國度實驗室、歐洲EADS公司、英國羅羅公司、法國SAFRAN公司、意大利AVIO公司、加拿大國度研討院、澳大利亞國度迷信研討中心等大型公司和國度研討機構(gòu)都對激光平面成形技術(shù)及其在航空航天范疇的使用展開了少量研討任務(wù)。參與這項研討的世界著名大學更是數(shù)不勝數(shù)。 值得留意的是，美國軍方對這項技術(shù)的開展給予了相當大的關(guān)注，在其直接支持下，美國于2000年率先將這一先進技術(shù)適用化。使用目的包括先進飛機承力構(gòu)造件如鈦合金支架、吊耳、框、梁等，航空發(fā)起機零件如鎳基低溫合金單晶葉片，戰(zhàn)術(shù)導彈、天然衛(wèi)星、超音速飛行器的薄壁構(gòu)造件如導彈制導部外殼座、導彈姿勢控制零碎的錸熄滅室等。2002年10月該公司取得美國國防部后勤局(U.S.DefenseLogisticsAgency)出資1940萬美元，贊助AeroMet公司由單純的技術(shù)研討開發(fā)到成為軍用及民用飛機的經(jīng)過認證的、功能牢靠的鈦合金構(gòu)造件激光平面成形制造供給商的轉(zhuǎn)變。