增材制造技术在国外航天领域的研究应用现状

增材制造是一种新型的数字化制造技术,在航天领域得到了越来越广泛的应用。针对近几年国外在航天领域开展的增材制造技术研究与应用进行了调研分析,重点阐述了增材制造技术在国外航天运输系统、导弹武器系统、卫星系统以及太空制造中的研究应用情况。综合来看,国外航天领域增材制造技术正逐渐进入主流制造技术的行列。     

金属结构增材制造技术发展及其在高超声速飞行器上的应用分析

介绍了金属结构增材制造技术的种类及所用的材料,总结了金属结构所涉及的5个环节。分别从增材制造整体发展布局、检测技术与标准化、高性能金属结构件制备等方面对自2013年以来的金属结构增材制造技术发展进行了梳理,从检测技术与标准化、大尺寸结构件、复杂高性能结构件和特种金属粉体等方面对增材制造技术在高超声速飞行器上的应用进行了分析。     

美国通用电气公司收到首个3D打印发动机部件的适航认证

正据www.aero-mag.com于2021年6月8日报道:通用电气公司飞机制造部(GE Aviation)收到美国空军关于工程替代的批准,是F110涡轮发动机用增材制造油箱盖。这是美国空军和通用电气公司在Pacer尖端项目的里程碑。该F110部件是首个金属增材制造的发动机部件,期待美国国防部授权。F110部件很像GE90 T25传感器,是美国联邦航空管理局认证的金属增材制造产品,用于GE Aviation的商用飞机。该F110油箱盖为通用电气公司军用客户认证的增材制造件奠定了坚实基础。Pacer尖端项目是倡议航空业应用增材制造以减少风险。增材制造飞机发动机零件和赢得军事适航能力是增材制造的明显进步。     

信息专递

正NASA推进3D打印技术在航空航天领域的应用据澳大利亚每日航天网2014年2月7日报道,由于能够为NASA提供高度定制的航天器和仪器部件,使得增材制造即3D打印技术与传统的制造方法相比成为一种令人无法抗拒的选择方案。由空间技术任务分部主导,NASA已经启动多个正式项目研制新的工具样机,利用增材制造技术满足现在和未来的任务需求。增材制造包括计算机辅助设备即CAD、模型和精密打印机,将金属、塑料和其它材料逐层沉积,直至打印完成。:     

全球快讯

正GKN航宇公司牵头组织增材制造研究日前,GKN航宇公司表示将领导英国企业成立地平线(AM)研发项目,以构筑公司的增材制造能力,该项目计划历时3年半,投资1 340万英镑。AM团队包括GKN航宇公司、雷尼绍公司、Delcam和谢菲尔德大学、沃里克大学。AM项目将关注多项有潜力的增材制造技术,涉及从研发到生产工艺。这些新工艺将在低阻力、高性能的机翼设计和更轻、更高效的发动机系统上启发创新,以减少燃油消耗和排放。AM项目将首先致力于使用增材制造技术制造近净成形零件。     

发动机制造者重新设计优化3D金属打印汽缸

正据2020年Reinshaw.com网页报道:Reinshaw的增材制造系统在激光基础上用AM400粉末床熔融打印机从数字CAD文件制备复杂部件。对美国Michigan州的发动机开发者来说,优化无人机性能的Reinshaw AM400激光粉末熔合技术可快速方便地制造具有复杂晶格结构的单个部件,比传统制造有优势。与Reinshaw的工程师重新设计发动机汽缸(用增材制造)后,Cobra Aero购买AM400机器以扩展室内增材制造能力。     

国外固体推进剂增材制造技术发展综述

增材制造技术是国外重点发展的数字化制造技术,近些年逐步拓展应用到固体推进剂制备领域,并取得重大创新发展。为全面了解固体推进剂增材制造技术最新研发状况,在系统跟踪国外动态信息的基础上,分析了固体推进剂增材制造技术的优势与特色,阐述了国外固体推进剂增材制造技术发展策略、最新进展,并分析了未来发展趋势。     

浅析增材制造技术对高超声速技术发展的推动

高超声速飞行器工作环境恶劣,对材料性能提出了新的要求,在传统加工制造技术不能满足使用要求时,增材制造技术提供了一个全新的途径。这种成型工艺可以加工性能更优的特殊材料与异型组件,加工周期与工件整体性较传统加工方式有显著优势,已经在高超声速技术应用中有所体现。目前在高超声速领域逐步实现了材料-组件-分系统等阶段由低到高的提升,能够承担的制备任务趋于多样化,逐渐开拓了属于自己的领地。介绍了增材制造开始成为分系统级产品的主要制备方式,叙述了增材制造成为复杂结构件的有效制备手段。分析了增材制造成为耐高温复合材料的可选制备方法,并对发展趋势进行了展望。     

美国陆军、NASA和阿拉巴马大学联合探索“改变游戏规则”的3D打印技术

<正>据《3D打印》网站报道,美国陆军陆航和导弹研发工程中心(AMRDEC)、NASA马绍尔太空飞行中心(MSFC)和阿拉巴马大学成立集成产品团队(IPT),联合探索增材制造在国防和太空探索中的应用,开展研发基于增材制造的技术。导弹研发工程中心正在着眼共同研究增材制造作为导弹最小成本和优化性能的技术,目的是提高结构件的设计以及材料和不同工艺的表征。军方和太空署     

美国Tinker空军基地制造首个3D打印发动机部件

据2020年8月3日美国Tinker空军基地网上报道:美国俄克拉荷马城(Oklahama)空军后勤基地、空军维护中心制造出首个增材制造金属部件,在美国空军飞机发动机上试验成功,这是未来飞机维持E-3机载预警和控制系统以及B-52轰炸机的重要里程碑。该基地使用3D打印(增材制造)用于TF33-P103发动机部件,该部件不仅节省制造时间还提高发动机效率。该项合作是第76推进维护组,逆向工程(或倒序制造,即研究另一家公司产品后加以仿制),关键工装实验室和空军寿命循环管理中心推进维持部门共同制造的3D打印抗冰垫圈(gasket)。该垫圈是TF33发动机安全有效运行的关键部件,可使E-3、B-52和E-8联合侦察目标攻击雷达系统更快。     

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明：增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。     

电弧增材制造TA15钛合金的组织与性能研究

采用CMT电弧增材制造技术制备TA15钛合金堆积体,并对其显微组织和拉伸性能进行研究。结果表明：CMT电弧增材制造TA15钛合金堆积体成形良好,沿高度方向的宏观组织为外延生长的粗大β柱状晶,显微组织主要由网篮组织、片层组织组成。CMT电弧增材制造TA15钛合金堆积体在水平打印方向与增材高度方向的抗拉强度和屈服强度相差小,但增材高度方向的断后伸长率则优于水平打印方向。     

面向装备应急保障的金属增材制造技术

若能将金属增材制造技术应用于装备的现场制造和维修,将有效提高部队的应急保障能力。介绍常见的金属增材制造技术及其基本原理,对几种典型技术的成形速度、精度、最大成形尺寸及成形件的力学性能进行对比分析。结合金属增材制造技术在国内外军事领域应用现状及装备应急保障的特点,从成形效率、质量、能力和设备的机动性、抗干扰能力、成本几方面展开分析。结果表明,电弧增材制造和激光近净成形技术在装备应急保障中具有较大的应用潜力。     

Aerojet Rocketdyne和Velo3D提升3D金属打印水平

据2020年8月20日美国福布斯网站Jim Vinoski报道:3D打印(增材制造)应用之一是用于航空工业产品。航空系统的产品要求其高技术、复杂部件和小体积生产,十分适合增材制造。但时机尚不成熟,仍有许多工作待完善,以挖掘该技术的潜能。Aerojet Rocketdyne和Velo3D两个公司合作,使金属增材制造的优势最大化。Aerojet Rocketdyne是空间和防务大集团,火箭和导弹发动机制造商,在纽约股票交易所上市并持有33.9亿美元资本。该公司目前的项目包括帮助派送一位男性和首位女性在2024年登月、开发超声速吸气式推进系统。Velo3D是加州新兴公司,以金属增材制造打印机和软件为主。已集资1.5亿美元,最近一轮集资是2020年4月的D轮,共集资0.28亿美元。     

TiAl基合金成形技术的研究现状

TiAl基合金密度低且具有优异的高温性能,是未来航空航天领域重要的高温结构材料之一。但TiAl基合金塑性差,采用传统方法加工成形困难,且成本高、耗时长。论述铸锭冶金、精密铸造、粉末冶金几种TiAl基合金的传统成形工艺,介绍激光增材制造这一先进成形方法,总结激光增材制造TiAl基合金的研究现状以及存在的问题。目前,利用激光增材制造技术制备TiAl基合金挑战性较大,高品质、低成本合金粉末的制备、开裂现象的预防以及组织的调控等问题都需要进一步研究。     

新的激光选区熔化3D打印工艺可制高强韧不锈钢部件

正英国伯明翰大学、瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学共同研制出一种新的3D打印工艺,克服了增材制造强度-延性的瓶颈。该工艺具有传统金属制备工艺不可能获得的高快速冷却速率,增材制造使金属变成非平衡态,产生类似亚微米尺寸的位错网组织,从而获得理想的强度和韧性。这项工作为科研人员带来了全新的设计高力学特性新型合金材料的工具,同时还为3D打印进入要求高力学特性如航天和车辆结构部件领域打下基础。试验系统有助于科研人员研究物理机制、确定有效地打印金属显微组织特性。     

金属材料激光增材制造气氛保护系统

为满足高性能金属材料激光增材制造对稳定气氛环境的需求,对大型送粉式激光增材制造设备中的大容 器气氛保护环境系统进行设计与研究。结合传统的惰性气体环境形成特点,设计金属材料激光增材制造气氛保护环 境系统,用ANSYS 软件对系统的核心部件进行了稳定性、可靠性模拟计算分析,同时优化了惰性气体环境形成的 工艺过程,并进行实验测试验证。验证结果表明：该系统大幅提高了气氛保护环境的形成效率,降低了使用成本, 突破了大容积气氛保护环境快速形成与保持技术,可为后续的高性能金属构件成形工艺研究提供快速、稳定的惰性 气体环境。     

开发有利于增材制造的合金成分

正据2021年3月4日美国sbir.gov网站报道:为开发增材制造目前无法获得性能的合金成分,如具有择优晶体取向的材料,弥散成形的合金要么在增材制造中形成,要么在增材制造结束后通过热处理形成。这些合金成分降低材料缺陷,使抗疲劳性和强度更高。对目前铸造、锻造合金,增材工艺试图获得优异性能,这个目标有些难度,因为不同增材工艺、零件设计具有材料本身固有的不同凝固条件。增材合金具有复杂热循环,包括定向热构建、重复熔化、快速凝固。增材制造常产生更细小的微观组织,与传统工艺相比,增材制造的材料抗疲劳性能更好,但抗蠕变性能降低。     

大型送粉式激光增材制造成套设备设计与研究

摘要：针对兵器设备的大型复杂金属构件,研发一种同轴送粉式激光增材制造成套设备。主要从送粉式激光增 材制造设备技术基础上详细阐述系统组成与成形工艺流程,对成套设备的结构方案和控制方案进行详细设计和研究, 使用ANSYS 对成套设备关键部件进行仿真分析与优化设计,以西门子840D sl 系统为控制核心实现成套设备的集成 与控制。结果表明：该设备能提升自动化程度,达到预定设计目的,为后续的大型复杂构件的激光增材制造成形工 艺研究提供设备支撑。     

国外弹药战斗部先进制造技术发展与思考

为促进国内弹药战斗部制造技术发展,对国外弹药战斗部壳体与毁伤元、炸药装药等方面的先进制造技 术现状与发展进行分析。国内需大力发展粉末冶金、快速成形、增材制造、毁伤元精密成形、炸药球形化、真空振 动装药、PBX 炸药浇注固化、双螺杆挤压装药等先进制造技术,并树立大制造理念,同时加强先进制造设备的研发 及应用,以显著提升弹药战斗部的制造质量与智能化制造水平,降低制造时间与制造成本。