從波音量產(chǎn)的鈦合金部件看3D打印+后處理對商業(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，以簡化和加速增材制造在整個波音企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。波音為787 Dreamliner飛機啟動了3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn),。這個3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件是由波音公司設(shè)計的,，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年開始的,，當初是試探性地合作，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先后滿足了這些嚴苛的條件。在結(jié)構(gòu)件研發(fā)的過程中,，雙方共同改進工藝,，并進行了一系列嚴格的測試，最終在2017年2月獲得了首個3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的FAA認證,。

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雜的幾何形狀,，但是通過3D打印近凈形部件,，然后再通過機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飛機節(jié)省200萬美元-300萬美元的成本。首批3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件在挪威完成制造,，不久之后會轉(zhuǎn)移到美國Plattsburgh的工廠進行生產(chǎn),，該工廠的規(guī)模為6220平方米，安裝9臺Norsk Titanium的快速等離子沉積™ 設(shè)備,。

Norsk Titanium 通過3D打印技術(shù)制造的這些關(guān)鍵零部件標志著波音可以通過增材制造實現(xiàn)的輔助成本效益：縮短交貨期,，降低庫存要求，確保未來備件的連續(xù)性,。 拿到FAA認證,，從而走向產(chǎn)業(yè)化的金屬3D打印，聽起來似乎順理成章,。當然這一切的實現(xiàn)并非僅僅完全基于3D打印技術(shù)的優(yōu)勢,，熱處理是另外一個關(guān)鍵的技術(shù)。

位于美國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)過美國聯(lián)邦航空管理局FAA認證的結(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嚴格的規(guī)范要求。

Solar Atmospheres公司位于美國賓夕法尼亞州,，從1993年起進入粉末冶金行業(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,，沉淀強化,、固溶強化處理以及氫化處理。此外,，還可進行石墨涂復,，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)中以不同冷速進行冷卻的熱處理方法,。

真空熱處理被當代熱處理界稱為高效、節(jié)能和無污染的清潔熱處理,。真空熱處理的零件具有無氧化,，無脫碳、脫氣,、脫脂,，表面質(zhì)量好，變形小,，綜合力學性能高,，可靠性好（重復性好，壽命穩(wěn)定）等一系列優(yōu)點,。因此,，真空熱處理受到國內(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國家熱處理技術(shù)水平的重要標志,。真空熱處理技術(shù)是近四十年以來熱處理工藝發(fā)展的熱點,，也是當今先進制造技術(shù)的重要領(lǐng)域。

根據(jù)美國金屬學會熱處理學會,、美國金屬處理研究院,、美國能源部工業(yè)技術(shù)廳對美國熱處理工業(yè)2020年發(fā)展遠景的預測，未來的熱處理工業(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,，清潔無污染，生產(chǎn)中采用標準的閉環(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和機遇。美國當前產(chǎn)品熱處理生產(chǎn)中,，真空熱處理占15%,，這一發(fā)展趨勢今后將進一步增長。

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)模化的噴油嘴3D打印,，其商業(yè)化之路上后處理技術(shù)和質(zhì)量檢測也發(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)是當前的一個普遍誤區(qū),，而走出誤區(qū),，才能擁抱產(chǎn)業(yè)化機會。

來源：3D科學谷

參考資料來源：航空制造網(wǎng)