随着金属3D打印技术的蓬勃发展,航天航空已经成为这项技术的最大应用市场。其中,镍基高温合金、钴铬合金、钛合金、铝合金的3D打印发展最为迅速。2017年,GKN航空航天公司向法国空中客车和赛峰集团提供了先进的Ariane6号火箭喷嘴(SWAN)。该火箭喷嘴通过激光焊接和激光能量沉积工艺对关键结构零部件进行加工,使得喷嘴的零部件数量减少了90%,从约1000个零部件减少到约100个零部件,可以降低40%的成本和30%的交货时间。可见,近些年蓬勃发展的金属3D打印技术,已经开始占据高端航天航空领域的市场。金属粉体,作为3D打印的主要耗材,对打印产品的质量有着至关重要的影响。 首先,金属粉体中不能有陶瓷夹杂物,由于陶瓷夹杂物熔点高,难以烧结成形,会显著降低最终制件的性能。除此之外,氧、氮含量也需要严格控制。目前用于金属3D打印的粉末制备技术主要以雾化法为主(包括气雾化和旋转电极雾化等技术),粉末具有大的比表面积,容易氧化。在航空航天等特殊应用领域,客户对此指标的要求更为严格,如高温合金粉末氧含量0.006%-0.018%而钛合金粉末氧含量为0.007%~0.013%,不锈钢粉末氧含量为0.010%~0.025%(均为质量分数)。因此,航天航空用高质量3D打印零件对粉体纯净度有高要求。 金属3D打印已经成为航空和航空航天领域的一项关键技术,因为它的优势与该行业的主要需求保持一致,包括减轻重量、节省燃料、提高运营效率、部件整合、加速上市时间和减少对零部件的存储要求。其中,金属粉末是金属3D打印的重要耗材,目前中国已拥有多套先进制粉设备投入应用,其中AA法和PREP法已经取得较大发展,在此基础上开发出的无坩埚新型气雾化方法以及新的等离子旋转电极装备在逐步投入应用,高端粉体的国产替代进口,正在成为现实。 不过,在具体的工程化应用方面,我国高品质合金材料用大容量真空感应熔炼和气雾化制粉成套装备技术还面临较多技术壁垒和挑战,国内还不具备开发吨级大容量真空感应气雾化制粉设备的能力,仍依赖于高价引进成套设备。未来,金属3D打印仍将在很长一段时间代表着航天航空领域的先进制造技术,其中,更经济、更科学、更高效的金属粉体制备技术仍将是金属3D打印的主战场。 |