1、概述

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，對高性能材料的需求日益增加。耐高溫鈦合金因其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和低密度，成為航天零件的理想材料。3D打印技術(shù)（增材制造）為復(fù)雜結(jié)構(gòu)鈦合金零件的制造提供了新的可能性。然而，3D打印過程中的質(zhì)量問題仍需優(yōu)化。

2、研究目標(biāo)

提高打印質(zhì)量：減少缺陷，提高表面光潔度和尺寸精度。

優(yōu)化機(jī)械性能：通過工藝優(yōu)化和后處理，提高零件的機(jī)械性能。

降低成本：提高材料利用率和生產(chǎn)效率，降低制造成本。

3、研究內(nèi)容

3.1 材料選擇

鈦合金類型：選擇適合3D打印的耐高溫鈦合金，如Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo等。

粉末特性：研究粉末的粒度分布、形狀和流動性對打印質(zhì)量的影響。

3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

激光功率：優(yōu)化激光功率，確保熔池穩(wěn)定和充分熔化。

掃描速度：調(diào)整掃描速度，平衡打印效率和質(zhì)量。

層厚：選擇合適的層厚，提高表面光潔度和尺寸精度。

掃描策略：研究不同掃描策略（如棋盤格、條紋）對殘余應(yīng)力和變形的影響。

3.3 后處理技術(shù)

熱處理：通過固溶處理和時效處理，優(yōu)化微觀組織和機(jī)械性能。

熱等靜壓 (HIP)：消除內(nèi)部缺陷，提高材料致密度和疲勞性能。

表面處理：進(jìn)行拋光、噴丸等表面處理，提高表面光潔度和耐腐蝕性。

3.4 質(zhì)量控制

在線監(jiān)測：開發(fā)在線監(jiān)測技術(shù)，實時監(jiān)控打印過程，及時發(fā)現(xiàn)和糾正缺陷。

無損檢測：采用超聲波檢測、射線檢測等方法，確保零件內(nèi)部無缺陷。

機(jī)械性能測試：進(jìn)行拉伸試驗、沖擊試驗等，確保零件性能達(dá)標(biāo)。

4、實驗方法

實驗設(shè)計：采用正交實驗設(shè)計，系統(tǒng)研究工藝參數(shù)對打印質(zhì)量的影響。

微觀分析：通過掃描電鏡 (SEM)、X射線衍射 (XRD) 等方法，分析微觀組織和相組成。

性能測試：進(jìn)行高溫拉伸、蠕變、疲勞等性能測試，評估零件的實際應(yīng)用性能。

5、預(yù)期成果

優(yōu)化工藝參數(shù)：確定最佳工藝參數(shù)組合，提高打印質(zhì)量和效率。

提升機(jī)械性能：通過后處理技術(shù)，顯著提高零件的機(jī)械性能。

降低成本：通過優(yōu)化工藝和提高材料利用率，降低制造成本。

6、應(yīng)用前景

航天發(fā)動機(jī)：用于制造高溫部件，如渦輪葉片、燃燒室等。

航天結(jié)構(gòu)件：用于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，如支架、連接件等。

其他領(lǐng)域：推廣至能源、汽車等領(lǐng)域的耐高溫零件制造。

7、結(jié)論

通過系統(tǒng)研究3D打印工藝參數(shù)、后處理技術(shù)和質(zhì)量控制方法，可以顯著提高航天耐高溫鈦合金零件的打印質(zhì)量和機(jī)械性能。這將為航空航天領(lǐng)域提供高性能、低成本的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，推動3D打印技術(shù)在高端制造中的應(yīng)用。