近日，航天江南航天風華公司申報的集團公司工藝振興課題項目《鎂合金結(jié)構(gòu)件增材制造技術(shù)研究》順利通過驗收，實現(xiàn)鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)在航天領(lǐng)域首次工程化應用。
選區(qū)激光熔化成形技術(shù)作為3D打印技術(shù)的一個分支，長期以來廣泛用于鋁合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼等金屬領(lǐng)域，但在鎂合金領(lǐng)域的技術(shù)研究及應用尚屬匱乏。
“鎂合金是航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的理想材料?！焙教祜L華公司工藝部副主管工藝師石海介紹說：“因為鎂合金的密度在所有金屬及合金材料中是最小的，與常用的鋼鐵和鋁合金材料相比，在同等強度和剛度下，重量更輕。雖然易于切削加工、優(yōu)良的抗震性、導熱性和電磁屏蔽性能，讓鎂合金在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應用前景，但是傳統(tǒng)的成形方法難以滿足航空航天設備越來越復雜的結(jié)構(gòu)件外形?！?nbsp;
近年來，隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，加上這項技術(shù)不受打印零件外形復雜程度的約束，這為航空航天領(lǐng)域使用復雜鎂合金結(jié)構(gòu)件成形提供了重要的解決途徑。
3D打印技術(shù)是一項新興技術(shù)，鎂合金也是一種高活性輕合金，目前國內(nèi)外對鎂合金3D打印的研究都比較少。課題組能否解決鎂合金3D打印技術(shù)長時間成形過程中存在的難點問題，實現(xiàn)鎂合金3D打印技術(shù)工程化應用，成為課題研究的關(guān)鍵。其中解決鎂合金3D打印的安全控制技術(shù)難題和煙塵污染問題成為重中之重。
由于鎂是一種非常活潑的元素，具有易燃的性質(zhì)，特別是在微粒狀態(tài)下，高溫鎂合金遇氧和靜電極容易燃燒，遇水則會產(chǎn)生強烈的反應，產(chǎn)生氫氣和熱量，也容易導致燃燒和爆炸。同時，鎂的熔點與沸點都很低，液態(tài)鎂合金在高溫條件下極容易蒸發(fā)，遇冷則會凝結(jié)成超細鎂粉，形成的煙塵像霧霾一樣懸浮在空氣中，存在爆炸風險。
“我們構(gòu)建了一套安全防控技術(shù)，同時對打印過程中的成形機理進行充分研究，目前已經(jīng)實現(xiàn)連續(xù)220個小時不間斷的打印。”石海和團隊一起反復論證了多個方案，最終摸索出了一套既符合工藝要求，又能滿足安全和環(huán)境需求的方案，成功解決了鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)過程中安全控制、煙塵污染等難題，探索出了鎂合金3D打印工藝參數(shù)。
旋轉(zhuǎn)尾翼是一項對產(chǎn)品重量和力學性能都要求非常高的產(chǎn)品。相比鋁合金滿足力學性能要求，但產(chǎn)品重量超標，鑄造鎂合金重量要求達標，但力學性能不符合要求，公司利用鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)成功生產(chǎn)出各項指標均符合要求的旋轉(zhuǎn)尾翼，并實現(xiàn)了工程化應用，這也成為檢驗該項技術(shù)最終取得成功的一把標尺。
航天風華公司基于鎂合金打印安全控制技術(shù)申報的論文榮獲集團公司安全生產(chǎn)論文二等獎，基于鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)研究成果，公司參加了由中國科學院和深圳市人民政府聯(lián)合主辦的全國第二屆“率先杯”未來技術(shù)創(chuàng)新大賽，獲深圳賽區(qū)提名獎，同時研究成果被收錄至大賽優(yōu)質(zhì)項目庫。
據(jù)了解，鎂合金作為典型的輕金屬代表，鎂合金選區(qū)激光熔化成形技術(shù)的研究取得成功，不僅可以為開拓鎂合金3D打印市場，讓鎂合金3D打印技術(shù)在結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品上形成規(guī)模化應用，創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益打下堅實基礎(chǔ)，還可以依托3D打印技術(shù)實現(xiàn)鎂合金產(chǎn)品的輕量化優(yōu)化升級，進一步拓展鎂合金的應用范圍。（文/鐘義杉）
