大型熔丝沉积电子束快速成形装备关键技术取得新突破

大型熔丝沉积电子束快速成形装备关键技术取得新突破项目承担单位： 中航工业北京航空制造工程研究所现代飞机制造对金属结构的整体化要求越来越高，这些金属整体结构如采用传统的锻造技术，大型模锻件需要开模，时间长、成本高；而自由锻尺寸又太小，无法满足需求；一些复杂的、 截面变化剧烈的结构，锻造很难保证性能的一致性，因此锻造技术无法满足飞机制造中所有大型结构的研制需求。电子速快速成形技术，是利用计算机把零件的三维CAD 模型进行分层处理， 获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，以高能量密度的电子束作为热源，按照预定的加工路径，在真空室内熔化送进的丝材，逐层堆积，最终实现致密金属零件的近净成形直接制造， 其优势是实现大型复杂金属零件的直接快速制造。在大型整体金属结构件的制造方面， 电子束快速成形是对现有铸造、锻造等制造技术的补充而非取代，将为飞机结构设计提供一种全新的解决方案，尤其是在研制阶段及小批量生产时，其快速反应、无需模具的优势更为突出。 而实现电子束快速成形必须依赖于具备分层增材制造特征的快速成形装备， 在国外对此类关键设备或者封锁或者价格非常昂贵的背景下，自主研制大型电子束熔丝成形设备的需求非常迫切。在北京市科委支持下，航空625 所高能束流技术团队 ,突破了电子束熔丝快速成形大型装备研制中长时间稳定工作的电子枪、大功率高压电源、 电子束快速成形工艺控制等关键技术，解决了在高速、高温、高蒸汽沉积环境下的稳定、精确送丝难题，成功研发了国内最大的电子束熔丝成形设备，最大可加工零件尺寸达到1500mm × 500mm × 2500mm ，具备在线监测、多通道送丝功能，成形速度最大可达5kg/h ，实现送丝量的自动调整，可将成形效率提高 50%以上，具备大型航空钛合金结构的加工能力，其自动化水平、束源品质及加工能力达到国内领先、国际先进水平。另外在真空电子束快速成形设备的抗高温防蒸汽设计、多通道高效送丝系统、快速补给丝材设计、真空环境下重载Z 向工作台设计技术、多自由度数控系统集成技术、高温高蒸汽污染环境下的实时在线观察技术均为独创技术。电子束熔丝成形设备的研制成功打破了国外对此项技术的封锁，具有很好的社会效益和经济效益， 填补了国内空白， 满足了航空及民用飞机大型复杂框类结构加工需求，加快了电子束快速成形技术的推广应用，实现了关键基础装备国产化的目标。