主题：“精”说3D打印 -- 风游精
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家园 【整理】高性能金属零件激光快速成形技术研究进展 高性能金属零件的激光快速成形技术是结合快速原型制造技术及激光熔覆技术而发展起来的一种先进制造技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的原料粉末（预合金化粉末、元素混合粉、金属与陶瓷的混合粉末等）或丝材，在沉积基板的配合运动下，逐点逐层堆积材料，通过不断生长制备出零件。该技术具有以下特点：（1）突破了传统去除加工方法的限制，无需零件毛坯和大型锻造、铸造设备及模具，可实现材料制备与成形的一体化，显著缩短零件制造周期、降低制造成本、提高材料利用率；（2）在同一套系统上可进行不同材料零件的制造，具有广泛的材料及设计适应性；（3）所沉积零件具有致密的组织和良好的综合性能；（4）可以很方便地通过材料及工艺的调节与控制，实现多种材料在同一零件上的集成制造，满足零件不同部位的不同性能需要。该技术是一种新型的数字化添加材料成形技术，在航空航天等高技术领域及国防装备建设中具有重要的发展应用前景，近年来得到研究及相关应用部门的广泛关注[1-3]。本文着重介绍国内外在上述方面的进展情况，并分析需要解决的关键问题。
高性能金属结构件的直接成形
美国首先于1995年提出高性能金属零件的激光快速成形技术，在能源部研究计划支持下，Sandia及Los Alomos国家实验室率先发展出称为LENS（Laser Engineered Net Shaping）[4]及DLF（Directed Light Fabrication）[5]的技术，研究了不锈钢、镍基合金、钛合金、难熔金属等材料的组织及性能，并采用该技术成功制造出铼及铱的喷管[6]，显示出该技术在高性能金属零件直接成形方面的优势，并于1998年由Optomec公司成功推出商业化的LENS系统。随后美国的Stanford University、University of Michigan、英国的University of Birmingham、University of Manchester、University of Liverpool及加拿大的National Research Council等也发展了分别称作为SDM（Shape Deposition Manufacturing）、DMD（Direct Metal Deposition）、DLF（Direct Laser Fabrication）、DLD（Direct Laser Deposition）、LDC（Laser Direct Casting）、LC（Laser Consolidation）的技术[7-11]，尽管各自的名称不同，但原理和方法是一致的，系统所配备的激光器主要有CO2气体激光器、Nd:YAG固体激光器及光纤激光器，所成形的材料包括各种不锈钢、镍基合金、钛合金等。
相关研究表明，激光快速成形的金属零件具有致密、细小的组织，成分均匀，力学性能达到或超过锻件水平[10-12]，表1为激光快速成形不同材料的力学性能。
外链图片需谨慎，可能会被源头改由于该技术在大型钛合金结构件直接成形方面的突出优势及其在飞机等装备研制生产中的广阔应用前景，高性能钛合金结构件的激光快速成形研究一直是该领域的研究重点[3, 10-14]。美国MTS公司于1997年成立了专门从事钛合金飞机结构件激光快速成形技术开发应用的AeroMet公司，与Boeing、Lockheed Martin、Northrop-Grumman等飞机制造商合作，在美国空军、陆军及国防部有关研究计划支持下，进行激光快速成形钛合金飞机结构件的应用关键技术研究，直接成形出各种钛合金飞机结构件，于2000年9月完成了激光快速成形钛合金飞机机翼结构件的地面性能考核试验，构件的静强度及疲劳强度达到飞机设计要求[15]，2001年AeroMet公司开始为Boeing公司F/A-18E/F舰载联合歼击/攻击机小批量试制发动机舱推力拉梁、机翼转动折叠接头、翼梁等钛合金次承力结构件，并于2002年率先实现激光快速成形钛合金次承力结构件在F/A-18等战机上的验证考核和装机应用，并制定出专门的技术标准（AMS 4999），图1是AeroMet公司为Boeing公司采用激光快速成形制造的飞机整体钛合金隔框。但由于所成形钛合金结构件的疲劳性能低于钛合金锻件，最终未能实现该技术在飞机主承力结构件上的应用，公司于2005年12月关闭。
外链图片需谨慎，可能会被源头改我国于1999年开始金属零件的激光快速成形技术研究，在国家“863”、“973”计划、国家自然科学基金重点项目等的大力支持下，集中开展了镍基高温合金及多种钛合金的成形研究，形成了多套具有工业化示范水平的激光快速成形系统.
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家园 钛合金激光快速成型的三个视频。 看过这些还搞不清是什么东西的话。
通过计算机控制，用激光将核心粉末熔化，再一层层的堆积起来，就生长出了一个核心部件。这只需要一套激光设备，就可以完成全部制造过程。这如果还不是3D打印，还有什么是？
2005年以来，成果在包括C919大型客机等多个型号的飞机研制中得到了应用。使我国成为迄今世界上唯一突破大型整体钛合金飞机主承力构件激光快速成型技术并实现装机工程应用的国家。。现在没有实在的经济效益是拿不到科技奖的。家园 战斗机这个部件需求量更大，什么时候把相关订单都拿来？ 战斗机这个部件需求量更大，什么时候把相关订单都拿来？
先遭把19世纪末性能的老式步枪再说更高的
家园 。 19世纪末性能的老式步枪的枪管应该是锻造材料钻孔的。而激光熔铸成型的是铸造材料，无论怎样热处理也达不到锻造枪管的力学性能。
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家园 这个大概就是想当然了 金属最牛的时候是某些晶体结构的状况下。现在的激光成型技术已经能够控制晶体结构了。飞机的承重结构过去是用万吨锻压机做的，现在有的是激光成型出来的。如果飞机的承重结构能做的话，枪应该是不太困难的，只不过杀鸡用牛刀，没有必要而已。
家园 做不到还是没有必要？ 家园 打飞机腿--起落架试试？ 飞机的承重结构多了，真正的承重--飞机腿怎不用钛合金，而用中碳低合金钢？
300M超高强度钢 外链出处
家园 飞机腿外形不复杂， 3D打印的优势在批量小、外形复杂的薄型并且是难加工金属的零件上。如果选用容易加工的金属就不如锻压冲压了。
家园 我原来还真修过起落架 原来做过飞机的无损探伤，其中主要问题就是老飞机的起落架。（飞机在全世界哪里都是新15年旧15年封封补补再15年。老飞机需要检修保养的很多。）那会儿当然都是用高强度的钢了。钛合金不是不能用而是比较金贵。您可以查一查很多新的不差钱的飞机都用钛合金起落架了。钛合金和钢比起来其实有一些问题，比如钛合金要么不裂，要么小裂缝增长迅速很快就完蛋。在无损探伤的时候钛合金的问题是根据疲劳曲线在内部劳损（没有裂纹）的时候就得能检测出来，难度是相当的大。而钢的话只要检测出一定大小的裂纹就行。
家园 要这么说好像从某种意义上说还是用钢合理 家园 非常谢谢科普 曾去过三原那个做航空锻件的厂，没想到现在飞机已经用钛合金起落架了。
“根据疲劳曲线在内部劳损（没有裂纹）的时候就得能检测出来”! RT、UT什么办法能检测出来？我想以前三原厂的探伤人员大概和我现在一样，想象都想象不出来。
- 复 非常谢谢科普
家园 RT, UT效果都不好 我们那会儿用的是远场电磁涡流。
现在超声波基本是主流。但是有些难度比较大的地方也得用涡流。RT其实实用性不大，而且顾虑重重。其实现在钛合金就算好测得了。有个东西叫做复合材料，它是一层一层的，有的导电有的不导电，有的层是这个方向的，有的层是那个方向的。。。
家园 一点小疑问 探伤使用的超声波是2.5～5MHZ的，结合声音在金属中的传播速度，理论探伤精度的极限也就是毫米级的，实际能达到的精度要远远低于这个级别。俺的本科毕业论文就是关于超声波衍射探伤的，在一些理性条件下倒是可以达到毫米级别。据导师说打算给093，094探伤。
在无损探伤的时候钛合金的问题是根据疲劳曲线在内部劳损（没有裂纹）的时候就得能检测出来，、你说的这个内部劳损（没有裂纹）是个神马缺陷啊？尺寸大概多少？涡流能干这个活？