我國(guó)激光平面成形技術(shù)世界搶先
1892年，一個(gè)平面地形模型制造的美國(guó)專(zhuān)利首創(chuàng)了疊層制造原理，在其后的一百年間，相似的疊層制造專(zhuān)利無(wú)數(shù)百個(gè)之多，理論中的技術(shù)探究也層出不窮。但以平面光刻技術(shù)的降生為標(biāo)志，以疾速滿(mǎn)足柔性化需求為次要使用目的的古代增材制造技術(shù)才真正構(gòu)成。可以說(shuō)，假如沒(méi)有CAD實(shí)體模型和對(duì)其停止分層剖分的軟件技術(shù)，沒(méi)有可以控制激光束按恣意設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)的振鏡技術(shù)、精工機(jī)床或機(jī)器手，增材制造技術(shù)的柔性化特征就只能停留在一種理想的原理上。因而，增材制造技術(shù)應(yīng)該被稱(chēng)為信息化增材制造技術(shù)或數(shù)字化增材制造技術(shù)。作為信息化時(shí)代的代表性制造技術(shù)，增材制造技術(shù)是應(yīng)該失掉鼎力支持的前沿技術(shù)，是使我國(guó)在信息化時(shí)代，特別是以后回歸實(shí)體制造業(yè)的世界潮流中占領(lǐng)制造技術(shù)范疇國(guó)際制高點(diǎn)的優(yōu)先開(kāi)展方向。 激光平面成形是可以滿(mǎn)足成形/成性一體化極限需求的增材制造技術(shù) 自平面光刻技術(shù)降生以來(lái)，發(fā)生了很多構(gòu)思巧妙的增材成形制造技術(shù)，對(duì)社會(huì)消費(fèi)力的開(kāi)展起到了極大的推進(jìn)作用。但大少數(shù)增材成形技術(shù)次要是使用于疾速原型制造，所以一度被冠以“疾速原型”技術(shù)的稱(chēng)號(hào)。但增材成形原理絕非只能用于成形，也可以處理高功能的需求。激光平面成形技術(shù)就是一種統(tǒng)籌準(zhǔn)確成形和高功能成性需求的一體化制造技術(shù)。激光平面成形技術(shù)是將增材成形原理與激光熔覆技術(shù)相結(jié)合，集激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精工技術(shù)和資料技術(shù)諸多古代先進(jìn)技術(shù)于一體的一項(xiàng)完成高功能致密金屬零件疾速自在成形的增材制造技術(shù)。 20世紀(jì)90年代以來(lái)，資料加工技術(shù)開(kāi)展前沿出現(xiàn)了一個(gè)分明的趨向，即追求短流程、低耗費(fèi)、高柔性、環(huán)境敵對(duì)、成形與組織功能控制一體化的先進(jìn)技術(shù)。這種趨向反映的是需求的極限化要求，即同時(shí)滿(mǎn)足多方面高端需求。這種極限化的需求在很多范疇反映出來(lái)，而尤以航空航天范疇為典型。航空航天范疇的金屬資料加工技術(shù)的典型前沿需求是統(tǒng)籌高精度、高功能、高柔性與疾速反響，成形構(gòu)造非常復(fù)雜的薄壁金屬零件。雖然鑄、鍛、焊、粉末冶金等各種傳統(tǒng)技術(shù)都被努力發(fā)揚(yáng)到近于極限，但由于其各自的技術(shù)原理所帶來(lái)的基本性限制，仍然難以滿(mǎn)足這種極限化需求，這經(jīng)常成為制約航空航天全體技術(shù)開(kāi)展的瓶頸。激光平面成形技術(shù)，作為一種疾速自在成形高功能致密金屬零件的新技術(shù)，為處理同時(shí)滿(mǎn)足上述多方面高端需求的難題提供了一條全新的技術(shù)途徑。這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)植入體、船舶、機(jī)械、動(dòng)力、動(dòng)力范疇復(fù)雜全體構(gòu)件的高功能直接成形和疾速修復(fù)等范疇也都有寬廣的使用前景。 同批量化制造相比，滿(mǎn)足多樣化需求的特性化制造實(shí)質(zhì)上是高本錢(qián)的。信息化增材制造與采用慣例制造技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足多樣化和特性化需求相比，本錢(qián)曾經(jīng)失掉了極大的降低，但同批量化制造相比其本錢(qián)依然更高。因而，除了在新品研制和航空航天等可以接受較高制形成本的高端范疇外，激光平面成形技術(shù)在其他范疇的使用開(kāi)展還遭到較大的限制。但任何新技術(shù)的開(kāi)展都有一個(gè)從初期的高本錢(qián)逐步降至低本錢(qián)的進(jìn)程。激光平面成形有進(jìn)一步降低制形成本的寬廣空間。一方面，激光器及其運(yùn)轉(zhuǎn)本錢(qián)在不時(shí)降低；另一方面，隨著人力本錢(qián)越來(lái)越高，激光平面成形絕對(duì)于需求少量人力的傳統(tǒng)加工技術(shù)的本錢(qián)會(huì)變得越來(lái)越低。在現(xiàn)階段，激光平面成形還次要是在要求高功能、小批量、疾速反響的零件消費(fèi)的場(chǎng)所具有競(jìng)爭(zhēng)力，而將來(lái)在批量消費(fèi)范疇的競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)逐步加強(qiáng)。 東南工業(yè)大學(xué)激光平面成形C919飛機(jī)翼肋緣條。 增材制造/激光平面成形技術(shù)的開(kāi)展現(xiàn)狀與趨向 近年來(lái)，激光平面成形技術(shù)失掉興旺國(guó)度政府、大企業(yè)和研討機(jī)構(gòu)的高度注重。作為美國(guó)制造業(yè)復(fù)興方案“WeCan，tWait”項(xiàng)目的一局部,美國(guó)政府于2013年8月高調(diào)宣布成立國(guó)度增材制造創(chuàng)新研討所(NAMII：NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute)，其第一階段的政府和官方投資為7000萬(wàn)美元。奧巴馬總統(tǒng)強(qiáng)調(diào)這個(gè)研討所的成立是強(qiáng)化美國(guó)制造業(yè)的步驟。在空客于2006年啟動(dòng)的集成機(jī)翼方案(IntegratedWingATVP，第一階段總經(jīng)費(fèi)3400萬(wàn)英鎊)中，英國(guó)焊接研討所(TWI)承當(dāng)起落架激光成形研發(fā)任務(wù)，經(jīng)費(fèi)400萬(wàn)英鎊，TWI為此樹(shù)立了兩套激光成形配備。南非科技與工業(yè)研討院(CSIR)上司的國(guó)度激光中心與南非航空制造公司Aerosud將協(xié)作展開(kāi)Aeroswift項(xiàng)目研討。Aeroswift的目的是，自主開(kāi)發(fā)高速度、大體積的高功能金屬零件激光添加資料制造(LAM)零碎，為全球航空工業(yè)制造鈦金屬資料配件，并力爭(zhēng)在將來(lái)三年內(nèi)，使Aerosud成為全球航空構(gòu)造資料制造范疇的領(lǐng)軍者。Aeroswift的目的是直接加工2m×0.5m×0.5m的零件。為此，南非科技部曾經(jīng)投入了2800萬(wàn)蘭特(約合1712萬(wàn)元人民幣)，并且估計(jì)他們的LAM制造體系將在2012年底至2013年終完成組建和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，然后開(kāi)端優(yōu)化和工藝鑒定，希望從2015年開(kāi)端片面消費(fèi)。 美國(guó)波音公司、洛克希德·馬丁公司、通用電氣航空發(fā)起機(jī)公司、Sandia國(guó)度實(shí)驗(yàn)室和LosAlomos國(guó)度實(shí)驗(yàn)室、歐洲EADS公司、英國(guó)羅羅公司、法國(guó)SAFRAN公司、意大利AVIO公司、加拿大國(guó)度研討院、澳大利亞國(guó)度迷信研討中心等大型公司和國(guó)度研討機(jī)構(gòu)都對(duì)激光平面成形技術(shù)及其在航空航天范疇的使用展開(kāi)了少量研討任務(wù)。參與這項(xiàng)研討的世界著名大學(xué)更是數(shù)不勝數(shù)。 值得留意的是，美國(guó)軍方對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)展給予了相當(dāng)大的關(guān)注，在其直接支持下，美國(guó)于2000年率先將這一先進(jìn)技術(shù)適用化。使用目的包括先進(jìn)飛機(jī)承力構(gòu)造件如鈦合金支架、吊耳、框、梁等，航空發(fā)起機(jī)零件如鎳基低溫合金單晶葉片，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、天然衛(wèi)星、超音速飛行器的薄壁構(gòu)造件如導(dǎo)彈制導(dǎo)部外殼座、導(dǎo)彈姿勢(shì)控制零碎的錸熄滅室等。2002年10月該公司取得美國(guó)國(guó)防部后勤局(U.S.DefenseLogisticsAgency)出資1940萬(wàn)美元，贊助AeroMet公司由單純的技術(shù)研討開(kāi)發(fā)到成為軍用及民用飛機(jī)的經(jīng)過(guò)認(rèn)證的、功能牢靠的鈦合金構(gòu)造件激光平面成形制造供給商的轉(zhuǎn)變。