中國造出世界最大金屬零件高精度3D打印裝備 突破航天“卡脖子”技術

華中科技大學近日對外發布，4月26日，由該校武漢光電國家實驗室（籌）完成成的“大型金屬零件高效激光選區熔化增材製造關鍵技術與裝備（俗稱激光3D打印技術）”順利通過了湖北省科技廳成果鑑定。深度融合了信息技術和製造技術等特徵的激光3D打印技術，由4台激光器同時掃描，為目前世界上效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。

該裝備攻克了多重技術難題，解決了航空航天覆雜精密金屬零件在材料結構功能一體化及減重等“卡脖子”關鍵技術難題，實現了複雜金屬零件的高精度成形、提高成形效率、縮短裝備研製週期等目的。

隨着航空航天裝備不斷向輕量化、高可靠性、長壽命、低成本方向發展，一些關鍵金屬零件複雜程度越來越高，製造週期要求越來越短，使得我國現有製造技術面臨系列共性難題，如複雜薄壁精密零件結構-性能一體化製造技術，航空航天發動機葉片、渦輪等複雜精密零件的成形技術等，嚴重製約了航空航天裝備技術水平的提高。

GE公司採用3D打印製造發動機渦輪葉片

金屬零件的激光3D打印技術是各種3D打印技術中難度係數最大也最受國內外關注的方向之一。其中基於自動鋪粉的激光選區熔化成形技術（Selective Laser Melting，SLM，主要應用於航空航天、微電子、醫療、珠寶首飾等行業），主要特點是加工精度高、後續幾乎不需要機械加工，可以製造各種複雜精密金屬零件，實現結構功能一體化、輕量化，在航空航天領域有廣泛的應用需求。但是，成形效率低、成形尺寸有限是該類技術的發展瓶頸。此前，我國在SLM技術領域與國際先進水平相比有較大差距，大部分裝備依賴進口。

華中科技大學武漢光電國家實驗室教授曾曉雁領導的激光先進製造研究團隊，在國家863和自然科學基金項目等資助下，經過十年的長期努力，在SLM成形理論、工藝和裝備等諸多方面取得了重要成果，特別是突破了SLM成形難以高效製備大尺寸金屬零件等瓶頸。

2016年4月16日，華中科技大學武漢光電國家實驗室、激光先進製造技術研究室主任曾曉雁教授、上海電氣集團股份有限公司工程師王軍到頂立科技考察。

項目率先在國際上提出並研製出成形體積為500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材製造裝備，它由4台500W光纖激光器、4台振鏡分區同時掃描成形，成形效率和尺寸迄今為止同類設備中世界最大。而此前，該裝備最多使用兩台光纖激光器，成形效率低。

項目攻克了多光束無縫拼接、4象限加工重合區製造質量控制等眾多技術難題，實現了大型複雜金屬零件的高效率、高精度、高性能成形。先後自主研製出SLM系列多種裝備，並採用國產的鈦合金、不鏽鋼、高温合金、鋁合金、鎂合金粉末，實現了各種複雜精密零件的成形，其關鍵技術指標與國外水平相當。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術，其成形效率高出同類裝備的20-40%，標誌着我國自主研製的SLM成形技術與裝備達到了國際先進水平。

目前，通過該技術，已經有45種零件在20餘種航天型號研製中得到應用，先後為航天發動機、運載火箭、衞星及導彈等裝備中6種型號20餘種產品進行了樣件研製，5種產品通過了熱試車，其中4種產品已經定型。先後有多台SLM裝備被航天科技集團三大總體研究院用於航天零件的研製與批產，所研製的零件不僅大大縮短了產品的研製週期，簡化了工序，更重要的是將結構-功能一體化，獲得性能優良的、輕質的零件。

SLM技術成形精度高、性能好、且不需要工模具，屬於典型的數字化過程,目前在複雜精密金屬零件的成形中具有不可替代性，在精密機械、能源、電子、石油化工、交通運輸等幾乎所有的高端製造領域都具有廣闊的工業應用前景。

鑑定委員會一致認為該項目在SLM整體技術達到國際先進水平，其中在SLM裝備的成形尺寸和效率達到國際領先水平，並建議進一步拓展材料與裝備的應用範圍。