我国科学家张海鸥团队发明了3D打印、锻造、车铣加工一体化技术。
这是一项革命性的技术。之所以说它是革命性的,因为它是边打印(熔铸)、边锻造、边车铣加工,极大的节省了材料和零件成型时间,并且缩小了锻造、车铣加工中心的尺寸。
锻压的作用就是像捏面团一样反复的挤压材料。
钢水浇铸造出来的钢锭,因为温度梯度变化引起收缩不均匀,会产生一些裂缝,也有可能含有气泡。
锻压通过反复锤打,消除材料制造缺陷,改善材料微观上的晶体结构,从而在宏观上大幅度改善材料的整体性能。
凡是在结构上需要吃力的部件都需要经过锻压处理,例如像飞机起落架这种周期性经历高负荷和0负荷的承重部件。
起落架这个部件,我国长期依赖于进口,后来为了专门生产这个起落架,我国自己制造了一台世界上最大的模锻压机。
因为锻压过程制造的仍然是原始材料,这也导致了锻压机的尺寸非常庞大。
以我国中信重工装备的18500吨级别重型锻压机为例。这台锻压机可以锻压600吨重的钢锭,回转盘的直径就超过5米。不管加工大零件还是小零件,机器的尺寸是没办法改变的,所以运行一次成本也比较高。
它的尺寸还不是最大的,只是老二,最大的在江苏国光,压力是19500吨。
锻压机下来的原料,是不能直接用的,必须上加工中心,进行车铣加工,然后才可以制造出精确的零件,但是这个过程会非常的浪费材料。
就是说,锻压机反复锻打后的原料胚体,加工成零件的过程中,60%~90%的材料都以材料碎屑的形式变成了无用的东西。
这种传统的零件加工技术实在是太浪费材料了,这就是3D打印技术得以成长的空间。
有些材料非常贵,比如说像钛合金。
尤其是经过轧制和锻压后的高强度钛合金,每公斤的价格可以超过1000块钱,但是加工出来的零件只剩下原来的1/10重量,所以相当于每克的材料成本提高了10倍,这还不包括工钱。
所以传统的加工,材料的浪费是非常严重的。
3D打印按照电子图纸,直接把融化的材料在三维空间中堆积成零件的形状。
而且这个过程,边融化堆积边冷却,所以连模具都省了。
最初的3D打印还不叫这个名字,叫无模具快速成型。
虽然省略了模具,但是3D打印生产的零件,它的缺陷也和铸造出来的零件是一样的:内部不均匀,可能有裂缝或者气泡,机械性能远不如用锻件车铣加工出来的零件。
这严重的限制了3D打印技术在工业生产中的应用。
以最通俗的话来说,传统3D打印出来的东西往往不能吃力,只能做些无关紧要的工作。
所以现在工业生产中,粗胚经过锻压,再经过车铣加工,这样传统的工艺流程仍然是主流。
这个技术的颠覆性在于:3D打印形成的零件局部,就可以进行锻打和车铣加工。
所以它是“微锻”和“微车铣”加工。
这个技术虽然有专利保护,但是细节仍然是保密的,所以到底微锻和微车加工到什么程度,我们只能猜一下。
比如说加工一个长1.5米、高1米、厚0.2米的钛合金承重框架。
按照原来的传统工艺,需要先在锻压机或者是轧机上制造一个高1.2米、长1.6米、厚0.22米的钛板材,然后再放到加工中心车铣加工。
如果使用张海鸥团队发明的3D打印、微锻压、微车铣加工工艺,就可以在3D打印的过程中每打出0.01米就进行锻压和车铣加工,等到3D打印完成以后,整个锻压和车铣加工也几乎是同步完成。
夸张一点,进入机器的是钢粉、钢丝,出来的是一艘完整的航空母舰。
更夸张一点,进入机器的是米粉、肉丝,出来的是一个活人。
科幻片《第5元素》里面用DNA制造复活“莉露”的那个工艺,就是这个过程。
大概就是这个样子,但是还达不到制造人体骨骼和肌肉的程度。
就目前地球上的水平而言,这个加工过程应该是足够科幻了。
据说歼20飞机上的承重钛合金框架就是这样制造出来的。
它集成了锻压材料的内部致密性,又有车铣加工零件的精确性,所以远远超过以往的纯粹3D打印技术。
这在工业制造领域来说,是一项革命性的技术。
据说美国生产航空发动机的公司已经多次求购该技术,都被拒绝。
现在国家已经把这项技术列为禁止出口技术。
页面更新:2024-02-27
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