同轴送丝激光金属3D打印机在上海产业技术研究院问世



 用一根普通的金属丝作“墨水”,就能打印出航空、航天、电力、核电、船舶、军工等领域所需的零部件结构。近日,上海产业技术研究院研制出国内首台具有实用价值的“同轴送丝激光金属3D打印机”,将为各种关键零部件的制造与再制造提供效率更高、成本更低的解决方案。“上海工业门类齐全,再制造资源丰富,希望我们研制的装备有用武之地。”上海产研院3D打印研发平台主任周伟民研究员说。

再制造是一个快速发展的绿色产业,能让旧的零部件焕然一新,从而节省大量原材料和能源,并减少排放。目前,美国的再制造产值已达500亿美元/年,而我国仅为5亿美元/年左右。如何在产业技术上实现“弯道超车”?激光熔覆3D打印是一种很有潜力的新兴技术,具有节材、节能、成形不受零件复杂程度限制等优势,近年来受到工业界的广泛关注。

科研人员展示同轴送丝激光金属3D打印机制造的零部件。

据周伟民介绍,传统的送粉式激光金属3D打印技术以金属粉末为原材料,利用高压气体喷射到沉积位置,再利用激光照射熔化,最后凝固成形。这种技术在航空、航天、核电等领域得到了一定应用,但存在粉末利用率低、有粉尘污染等问题。

为此,上海产研院围绕激光熔覆3D打印技术展开攻关。经过近两年自主研发,一台同轴送丝激光金属3D打印机最近问世。它通过一个激光熔覆头,将一束高功率实心激光转换为同轴环形激光,并聚焦在工件上;金属丝从环形激光的正中心同轴送入熔池,进行熔化沉积。这台装备的最大激光功率达3000瓦,丝材直径为1.0—1.6毫米,使用316L不锈钢时的打印速度是5—30克/分钟。它已成功打印出一个直径60毫米、高250毫米的圆环样件,由600多层堆积而成,表面粗糙度仅为15微米。经测试评估,这台同轴送丝激光金属3D打印机达到了国际先进水平。

科研人员在操作同轴送丝激光金属3D打印机。

上海产研院博士后王涵表示,使用金属丝代替金属粉末具有很多优点。金属丝更便宜,利用率更高,也更容易保存,而且不会对周围区域产生污染。以钛合金为例,金属丝的价格是300元/公斤,仅为金属粉末每公斤价格的十分之一;用金属丝打印材料的利用率可以达到100%,而用金属粉末普遍不超过30%。这两个成本,就相差30倍左右。而且钛合金是战略级贵金属材料,其利用率的大幅提升对国防建设具有重要意义。

科研人员在操作同轴送丝激光金属3D打印机。

根据计划,上海产研院3D打印研发平台将在今年年内,具备关键零部件的修复再制造能力;未来两年内,实现同轴送丝激光3D打印技术在修复再制造领域的产业化应用,为国内工业制造和再制造产业发展提供利器。

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