從波音量產(chǎn)的鈦合金部件看3D打印+后處理對(duì)商業(yè)化的重要性

波音公司于2017年就組建了新的波音增材制造（BAM）業(yè)務(wù)單元,，以簡(jiǎn)化和加速增材制造在整個(gè)波音企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。波音為787 Dreamliner飛機(jī)啟動(dòng)了3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn),。這個(gè)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件是由波音公司設(shè)計(jì)的,，使用的制造工藝為 Norsk Titanium 的快速等離子沉積™技術(shù),。而目前,，這項(xiàng)技術(shù)正得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，究其原因不僅僅是3D打印發(fā)揮了重要作用,，后處理技術(shù)所扮演的角色也同樣重要,。

波音和Norsk Titanium最初的合作是自2016年開(kāi)始的，當(dāng)初是試探性地合作,，主要基于Norsk生產(chǎn)的零件是否能滿足波音的要求,，然后是否符合聯(lián)邦航空管理局（FAA）的要求。Norsk Titanium先后滿足了這些嚴(yán)苛的條件,。在結(jié)構(gòu)件研發(fā)的過(guò)程中,，雙方共同改進(jìn)工藝，并進(jìn)行了一系列嚴(yán)格的測(cè)試,，最終在2017年2月獲得了首個(gè)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的FAA認(rèn)證,。

Norsk Titanium的快速等離子沉積技術(shù)屬于DED工藝，雖然與粉末床選擇性金屬熔融工藝不同的是,，這種工藝并不適合加工十分復(fù)雜的幾何形狀,，但是通過(guò)3D打印近凈形部件，然后再通過(guò)機(jī)加工將其加工到最終所需要的精度,，可以縮短加工周期,，減少材料浪費(fèi)并降低成本。

波音選擇使用快速等離子沉積™3D打印技術(shù)進(jìn)行鈦合金結(jié)構(gòu)件的近凈成形制造,，該工藝了替代鍛造等傳統(tǒng)制造工藝,。Norsk Titanium公司表示通過(guò)快速等離子沉積™技術(shù)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件，將最終為每架Dreamliner飛機(jī)節(jié)省200萬(wàn)美元-300萬(wàn)美元的成本,。首批3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件在挪威完成制造,，不久之后會(huì)轉(zhuǎn)移到美國(guó)Plattsburgh的工廠進(jìn)行生產(chǎn)，該工廠的規(guī)模為6220平方米,，安裝9臺(tái)Norsk Titanium的快速等離子沉積™ 設(shè)備,。

Norsk Titanium 通過(guò)3D打印技術(shù)制造的這些關(guān)鍵零部件標(biāo)志著波音可以通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)的輔助成本效益：縮短交貨期，降低庫(kù)存要求,，確保未來(lái)備件的連續(xù)性,。 拿到FAA認(rèn)證，從而走向產(chǎn)業(yè)化的金屬3D打印,，聽(tīng)起來(lái)似乎順理成章,。當(dāng)然這一切的實(shí)現(xiàn)并非僅僅完全基于3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，熱處理是另外一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù),。

位于美國(guó)賓夕法尼亞州的熱處理專家Solar Atmospheres公司已經(jīng)成功地加工出了第一批經(jīng)過(guò)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局FAA認(rèn)證的結(jié)構(gòu)增材制造的Ti-6Al-4V鈦合金零件,。,。Solar Atmospheres公司的真空熱處理爐消除應(yīng)力能夠滿足AMS 2801和其他OEM嚴(yán)格的規(guī)范要求。

Solar Atmospheres公司位于美國(guó)賓夕法尼亞州,，從1993年起進(jìn)入粉末冶金行業(yè),，主要從事粉末冶金(P/M)制品的燒結(jié)加工及金屬注射成形的加工和研制。 Solar公司由Willion R. Jones創(chuàng)建于1983年公司擁有配套的20多種真空熱處理及加工設(shè)備,，加工范圍涉及國(guó)防,、航空航天、醫(yī)療,、工模具,、儀器、電子等行業(yè),。熱處理種類有退火,、淬火、回火,，還有真空中除氣,，沉淀強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化處理以及氫化處理,。此外,，還可進(jìn)行石墨涂復(fù)，離子氮化處理和真空焊接等,。所謂真空熱處理是工件在10-1~10-2Pa真空介質(zhì)中進(jìn)行加熱到所需要的溫度,，然后在不同介質(zhì)中以不同冷速進(jìn)行冷卻的熱處理方法。

真空熱處理被當(dāng)代熱處理界稱為高效,、節(jié)能和無(wú)污染的清潔熱處理,。真空熱處理的零件具有無(wú)氧化，無(wú)脫碳,、脫氣,、脫脂，表面質(zhì)量好,，變形小,，綜合力學(xué)性能高，可靠性好（重復(fù)性好,，壽命穩(wěn)定）等一系列優(yōu)點(diǎn),。因此，真空熱處理受到國(guó)內(nèi)外廣泛的重視和普遍的應(yīng)用,。并把真空熱處理普及程度作為衡量一個(gè)國(guó)家熱處理技術(shù)水平的重要標(biāo)志,。真空熱處理技術(shù)是近四十年以來(lái)熱處理工藝發(fā)展的熱點(diǎn)，也是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域。

根據(jù)美國(guó)金屬學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì),、美國(guó)金屬處理研究院,、美國(guó)能源部工業(yè)技術(shù)廳對(duì)美國(guó)熱處理工業(yè)2020年發(fā)展遠(yuǎn)景的預(yù)測(cè)，未來(lái)的熱處理工業(yè)要有一流的質(zhì)量,，生產(chǎn)具有零變化率的產(chǎn)品零件,，在整個(gè)工藝中，零分散度是典型的,，能量利用率提高到80%,，工作環(huán)境良好，清潔無(wú)污染,，生產(chǎn)中采用標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，智能系統(tǒng)控制決定產(chǎn)品的性能,，綜合技術(shù)的結(jié)果使工藝時(shí)間減少50%, 成本降低75%,。

所有這些設(shè)想，為真空熱處理技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的舞臺(tái)和機(jī)遇,。美國(guó)當(dāng)前產(chǎn)品熱處理生產(chǎn)中,，真空熱處理占15%，這一發(fā)展趨勢(shì)今后將進(jìn)一步增長(zhǎng),。

總之,，3D打印與其他工藝的結(jié)合是企業(yè)尋求與應(yīng)用端深入結(jié)合的突破口。即使是GE能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)�,；�的噴油��3D打印,，其商業(yè)化之路上后處理技術(shù)和質(zhì)量檢測(cè)也發(fā)揮了極為關(guān)鍵的作用。脫離與其他工藝的結(jié)合,，片面的談3D打印技術(shù)是當(dāng)前的一個(gè)普遍誤區(qū),，而走出誤區(qū)，才能擁抱產(chǎn)業(yè)化機(jī)會(huì),。

來(lái)源：3D科學(xué)谷

參考資料來(lái)源：航空制造網(wǎng)