鈦合金Ti-6Al-4V電子束熔絲增材制造技術獲得突破性進展

• 2021年5月11日 YangJinZhu來源：互聯網 884 55
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　　近日，西安智熔金屬打印系統有限公司(西安智熔)宣布在鈦合金電子束熔絲增材制造技術方面取得了突破性進展，掌握了實現優良力學性能、尤其是高疲勞性能的打印工藝參數組合，為電子束熔絲金屬增材制造技術在大型航空鈦合金承力結構件的應用打下了堅實的基礎。

　　2020年底，西安智熔利用其自行研發生產的ZcompleX3型電子束熔絲金屬增材制造系統成形的Ti-6Al-4V合金材料，委托中國科學院沈陽金屬研究所進行了X射線探傷以及不同方向和應力比條件下的高周疲勞極限測試，測試結果顯示，試塊內部無X射線可探查的缺陷，試樣采用HIP處理及兩相區固溶+低溫時效的雙重熱處理工藝后，X和Z兩個方向的拉-拉和拉-壓高周疲勞極限均高于Ti-6Al-4V棒材技術標準要求，且數據一致性極好。

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△ZcompleX3 熔絲式電子束金屬打印機

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△中國科學院沈陽金屬研究所出具的檢測報告

　　電子束熔絲增材制造（EBAM）技術

　　電子束熔絲增材制造（EBAM）是3D打印領域以電子束作為熱源的一項尖端技術，在全球范圍內只有美國西亞基公司（Sciaky）、中國西安智熔等少數公司可提供商用產品。

　　其技術原理如下：在真空環境中，高能量密度的電子束轟擊金屬表面形成熔池，金屬絲材通過送絲裝置送入熔池并熔化，同時熔池按照預先規劃的路徑運動，金屬材料逐層凝固堆積，形成致密的冶金結合，直至制造出金屬零件或毛坯。

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△電子束熔絲增材制造技術原理圖

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　　△2017年陜西衛視對西安智熔熔絲式電子束金屬3D打印系統的報道

　　這項技術的特點非常明顯，真空環境中打印，有效避免雜質元素混入；成型速度快，材料利用率高，不銹鋼熔絲效率最高可達15kg/h，適合大型結構件快速制造；成型工藝一致性好；可進行功能梯度材料增材(FGM)及金屬基復合材料增材制造，還可以加工鎢、鉬、鈮、鉭等難熔金屬。但零件表面精度不高，后期需要使用CNC進行加工。

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△西安智熔電子束熔絲打印的金屬件，部分進行了CNC機加工

　　鈦合金3D打印是航空航天領域的利器

　　在航空制造方面，國外鈦合金電子束熔絲增材制造技術已經獲得成功應用，例如洛馬公司F35隱形飛機襟副翼翼梁，垂尾翼后梁，空客飛機上機翼上翼等，該應用不僅節約了成本，還極大的改善了交貨期，國內相應應用還處于空白狀態。據南極熊了解，Sciaky公司利用電子束增材制造(EBAM)技術，在2020年打印了超過12000磅(5443公斤)的鈦。

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△洛克希德馬丁公司生產F35隱形飛機

　　鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域，例如鈦合金在軍用飛機中的用量可達到飛機結構重量的20%～25%，在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%～30%。第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V，它是鈦合金工業中的王牌合金，其它許多鈦合金可視為其改型，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。

　　鈦合金傳統加工方法加工難度大，加工周期長，材料利用率低，一些大型結構還具有復雜的形狀或特殊規格，用鍛造方法難以實現。據統計，我國大型航空鈦合金零件的材料利用率很低，平均不超過10 %，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來研制成本的上升。通過使用金屬增材制造技術生產鈦合金零件，可以實現結構的整體化，降低成本和周期，達到快速反應、無模一體制造的目的，可節省材料三分之二以上，數控加工時間減少一半以上，無須模具，能夠將研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。

　　關于西安智熔

　　西安智熔金屬打印系統有限公司是中國少數專注于電子束熱源技術路線的金屬3D打印技術公司之一，其自行研發生產的熔絲式電子束金屬增材制造系統適于高速低成本制造大型金屬結構件。在熔絲式電子束金屬打印技術領域和粉床式電子束金屬打印技術領域，擁有自主知識產權的核心技術，設計生產基于其領先的EBVF3? 技術平臺的 Zcomplex? 系列熔絲式電子束金屬打印系統以及基于其獨有的SmartBeam? 技術平臺的ZScan? 系列粉床式電子束金屬打印系統。

　　為了拓展在材料性能要求極高的航空鈦合金結構件尤其承受疲勞載荷的結構件制造方面的應用，西安智熔技術團隊自2017年以來，進行了大量的鈦合金電子束熔絲增材制造技術研究并于2020年底取得了突破性進展。

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