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中国开发世界上最大3D打印机,打印单件6米金属零件

     航空航天工业是3D打印部件的重要市场。波音公司使用增材制造技术为军事和商业飞机大量生产环境控制系统的气流管道。波音公司已经采用30个3D打印部件,包括在其豪华的Dreamliner型号中给电子设备制冷的环境控制管道(ECDs)等。这些管道形状复杂,以前必须采用众多的组件进行组装。但3D打印能够进行整体打印,节省了时间和成本– 估计在此过程中每个部件节省25 %至50。

    作为世界上最大的制造国,3D打印技术的发展对中国是非常重要。中国相信, 3D打印技术将推动航空工业的升级换代。

自2001年起,中国开始重点发展3D激光打印技术,来制造钛合金结构件。

     歼15总设计师孙聪透露,3D打印已经被广泛应用于设计和生产军用飞机之中,从J-16战斗机到新一代的J- 31。最新的舰载战斗机原型机,于2012年10月和11月成功试验,就在其关键钛合金承重结构,包括整个前起落架,采用了3D打印进行制造。

J- 20或J- 31隐形战斗机的大型3D打印钛金属部件

航空材料专家王华明说,中国只需要55天就可以“打印”一个C- 919商用飞机的主挡风玻璃框架和配件,成本不到20万美元。相比较而言,使用传统的方法的欧洲飞机制造商可能需要至少两年,200万美元的成本。

王的研究小组在北京航空航天大学创建了至今世界上最大的3D激光打印机。该研究小组利用快速原型成型技术为C919飞机制造钛合金起落架和大型主承力框架,他们均为一体化部件。

北京航空航天大学发明了一系列新的3D打印技术及相关软件,有效地克服了金属材料的变形、翘曲、开裂等问题。同时,高能量的激光把金属熔化变成温度高达几千摄氏度液体,这需要一个特定的无氧和无氮环境。

传统的做法是建立一个大型真空室把机器、打印机等放在里面。他们的研究人员发明了新设备把3D打印部件放在保护腔室中,这样真空室在尺寸上只需要和部件类似就可以了,这样既方便,又易于维护,而且价格低廉。

最近,一些北航生产的复杂钛合金结构以验证可以在核电厂、卫星和火箭等领域使用。

在中国西北部,西北工业大学( NPU)的固体成型技术国家重点实验室,于1995年就开始了激光增材制造(LAM)的研究工作。其重点一直集中在通过严格控制材料微观结构获得优异机械性能的激光增材制造(LAMed)金属部件。 LAMed部件的材料包括钛合金,超合金,不锈钢等。

2013年,西工大利用激光增材制造技术为商飞C919客机制造了5米长的中央翼梁,C919与预计于2014年完成,并于2016年投入商业运营。同样锻造的部件重量达到1607公斤,采用激光3D打印技术生产的重量只有136公斤,节省材料91.5%。测试显示3D打印部件的性能比锻造件更好。

大型3D打印机,构建1.8米直径的部件

中国一直专注于开发大型的3D打印技术,就像王华明说的,目前其水平已经超过了美国。早在2011,华中科技大学的研究小组在中国成功开发了选择性激光烧结3D打印机,其构建空间为1200mm ×1200mm。

2013年6月,大连理工大学和联合科技发展有限公司共同开发出一种激光3D打印机,最大加工尺寸为1.8米。这款3D打印机的构建空间达到1.8× 1.8 ×1.8米。据其团队介绍,凭借其独特的“轮廓扫描”的技术,相对于其他类型的激光3D打印机,这种3D打印机将处理时间缩短了35 %,并且制造成本降低了40%。该激光3D打印机可以被用来为大型工业制造铸塑具有复杂的结构模具原型。

世界上最大的3D打印机,能够打印6米金属部件

2013年11月,南方风机股份有限公司公布了其最大的3D打印设备进入安装调试阶段。这将是第一次实现大尺寸的3D打印技术。这种3D打印机预计将在2014年二月底开始运行,也将是用于成产产品和设备的世界上最大的3D打印机。

据该公司介绍,该设备是长28米,宽23米,高9.5米。打印机能够打印最大直径为6米重达300吨的金属部件。

用3D打印制造这些部件,具有生产周期短,成本低,性能高等优点。他们可以使用重要的生产应用中,像核能和电力、石化、冶金、造船等行业。

该3D打印机的合适的材料包括碳素钢、低合金钢、不锈钢等。低合金钢产品主要用于核电厂等发电厂,包括核压力容器,而碳素钢主要用于热电厂和水力发电的零件。

该3D打印机能够制造的物体规格:

直径: φ2100mm  φ6000mm

厚度: ≤ 800毫米

长度: ≤10000毫米

最大重量: ≤ 300吨

3D打印的进展将有助于中国提高金属模具制造技术,并让企业在国际市场更加有竞争力。

中国3D打印技术产业联盟的预测表明,到2016年,中国的3D打印机市场将扩大到100亿人民币(16.5亿美元),这是2012年的市场规模10倍。如果这个预测是正确的,那么中国有可能超越美国成为世界上最大的市场。

但短期来看, 3D打印技术不能完全取代传统的加工制造业。3D激光打印技术更适合于高性能的,昂贵的部件,而其他方法用于大规模生产的部件更好。

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