Con el desarrollo de armas y equipos livianos, de protección fuerte, alto daño, informatización e inteligencia, la estructura y función de sus partes y componentes se vuelven gradualmente más complejas y diversificadas en estructura y función. Los procesos tradicionales de fundición, forjado y soldadura son difíciles de cumplir con los requisitos de las necesidades de fabricación y reparación. El rápido desarrollo de la tecnología de fabricación aditiva de metales en los últimos años ha proporcionado nuevos métodos para la fabricación y reparación de componentes complejos de armas y equipos. En comparación con los procesos de fabricación tradicionales, la tecnología de fabricación aditiva de metal no requiere moldes, puede reducir los procesos de fabricación, acortar los ciclos de fabricación y puede lograr un diseño y fabricación ligeros y estructuralmente integrados de componentes complejos.
¿Qué es la tecnología de fabricación aditiva de metal?
La tecnología de fabricación aditiva de metal es una tecnología de fabricación avanzada que utiliza alambres, barras o polvos de metal como materia prima, y se apila capa por capa de acuerdo con la ruta predeterminada después de que el modelo se discretiza mediante sinterización, fusión, pulverización, etc., para realizar la formación general de los componentes. En la actualidad, las tecnologías de fabricación aditiva de metal que se utilizan principalmente en el desarrollo de armas y equipos en el país y en el extranjero incluyen láser, arco, haz de electrones, pulverización en frío, tecnología de fabricación aditiva por fricción y agitación, etc.
1. Tecnología de fabricación aditiva por láser
La tecnología de fabricación aditiva por láser utiliza un láser de alta energía como fuente de calor, funde polvo o alambre bajo la protección de gas inerte y lo acumula capa por capa para realizar la formación directa de piezas. La tecnología de fabricación aditiva láser incluye la fabricación aditiva de polvo láser y la fabricación aditiva de fusibles láser. Entre ellos, la tecnología de fabricación aditiva de polvo láser se divide en fabricación aditiva de fusión selectiva por láser y fabricación aditiva de alimentación de polvo coaxial por láser. En comparación con otras tecnologías de fabricación aditiva, la tecnología de fabricación aditiva láser, especialmente la tecnología de fabricación aditiva de fusión selectiva por láser, tiene una alta precisión de formación y es adecuada para la fabricación general de piezas estructurales complejas y finas de armas y equipos. Sin embargo, la tecnología de fabricación aditiva de fusión selectiva por láser está limitada por el tamaño de la cámara de gas inerte y el costo del equipo y el polvo, y no es adecuada para la fabricación rápida y económica de componentes complejos a gran escala. Además, debido a la fuerte conductividad térmica de materiales como las aleaciones de aluminio y la alta reflectividad del láser, es probable que se produzcan defectos como grietas y poros durante el proceso de fabricación aditiva de fusión selectiva por láser. En comparación con la tecnología de fabricación aditiva de polvo láser, la tecnología de fabricación aditiva de fusión por láser tiene una tasa de deposición rápida, una alta tasa de utilización de material, bajo costo, alta densidad de componentes aditivos y fácil almacenamiento de cables, pero no es adecuada para estructuras finas. Los materiales metálicos son difíciles de preparar para piezas y cables.
2. Tecnología de fabricación aditiva por haz de electrones
La tecnología de fabricación aditiva de haces de electrones utiliza un haz de electrones de alta densidad de energía como fuente de calor, funde materiales de relleno como alambres metálicos o polvos en un entorno de vacío y los deposita de acuerdo con una ruta planificada previamente para fabricar piezas metálicas o piezas en bruto. En comparación con la tecnología de fabricación aditiva por láser, la tecnología de fabricación aditiva por haz de electrones tiene una tasa de deposición rápida y puede producir metales refractarios. Debido a que se lleva a cabo en un entorno de vacío, no solo puede evitar la contaminación de los materiales por oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, sino que también tiene un efecto de fusión al vacío sobre los metales. Por lo tanto, la tecnología de fabricación aditiva por haz de electrones puede satisfacer las necesidades de la fabricación aditiva de metales que son muy activos a altas temperaturas, como las aleaciones de titanio. . Además, el haz de electrones puede escanear rápidamente la superficie del metal depositado para precalentarlo antes de la deposición posterior del metal, lo que reduce la tensión residual y la deformación durante la fabricación aditiva. En comparación con la tecnología de fabricación aditiva de polvo de fusión selectiva por haz de electrones, la tecnología de fabricación aditiva de fusibles por haz de electrones tiene una rápida eficiencia de deposición, alta densidad de componentes, bajo costo de material y alta tasa de utilización, y es adecuada para la fabricación rápida de componentes grandes. Sin embargo, debido a que el punto del haz de electrones es pequeño y la energía está concentrada, en el proceso de fabricación aditiva de fusibles con haz de electrones, cuando el material del alambre se desvía del área del haz de electrones debido a la deformación térmica o a la poca uniformidad del diámetro, es fácil causar que se interrumpa el proceso de fabricación aditiva.
3 Tecnología de fabricación aditiva de fusibles de arco
La tecnología de fabricación aditiva de fusibles de arco (en lo sucesivo, "tecnología de fabricación aditiva de arco") utiliza alambre de metal como relleno, funde el alambre a través de un arco y acumula capa por capa de acuerdo con una ruta establecida para realizar la formación general de componentes metálicos. De manera similar a la soldadura por arco, la tecnología de fabricación aditiva por arco se puede dividir en tecnología de fabricación aditiva por arco con electrodo de fusión y sin electrodo de fusión según el tipo de electrodo. Entre ellos, la tecnología de fabricación aditiva de arco de electrodos sin fusión incluye dos tipos de arco de argón de tungsteno y arco de plasma. En comparación con las tecnologías de fabricación aditiva basadas en polvo de haz de electrones y láser, la tecnología de fabricación aditiva de arco no es fácil de producir defectos como no fusionados, tiene una alta eficiencia de fabricación, una alta utilización de materiales y bajos costos de cables y equipos, y es adecuada para grandes y armas y equipos complejos. Fabricación rápida integral de componentes. Sin embargo, en comparación con la fabricación aditiva basada en polvo de haz de electrones o láser, la tecnología de fabricación aditiva por arco tiene una menor precisión de fabricación, requiere un procesamiento mecánico posterior y es difícil realizar la fabricación de piezas estructurales complejas y finas. Además, la tecnología de fabricación aditiva por arco no es adecuada para materiales metálicos con poca capacidad de deformación plástica y es difícil de preparar en alambres.
Aplicaciones de fabricación aditiva de metal
Después de décadas de rápido desarrollo, la tecnología de fabricación aditiva de metal se ha aplicado al desarrollo, producción y reparación de armas y equipos nacionales y extranjeros, lo que acorta en gran medida el ciclo de desarrollo y reparación de piezas complejas, reduce los costos de fabricación y mantenimiento y aumenta la estructura. diseño y eficiencia. La libertad de fabricación mejora la capacidad técnica integral de combate de armas y equipos. En la actualidad, los tipos de materiales involucrados en la fabricación y reparación de piezas de equipos de armas mediante tecnología de fabricación aditiva de metal incluyen acero especial, aleación de titanio, aleación de aluminio, superaleación, aleación de magnesio y aleación refractaria.
Resumir
La tecnología de fabricación aditiva de metal brinda nuevas ideas y oportunidades para el desarrollo de armas y equipos livianos, de protección fuerte, de alto daño, informatización e inteligencia. Se ha aplicado a aceros especiales, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y superaleaciones. La rápida fabricación y reparación general de componentes complejos como aleaciones de magnesio y metales refractarios han mejorado en gran medida el rendimiento integral de armas y equipos y acortado el desarrollo, la producción. y ciclo de mantenimiento. Además, la tecnología de fabricación aditiva de metal ha realizado con éxito el diseño y la preparación de materiales metálicos de alto rendimiento, como aleaciones de alta entropía, materiales de gradiente y materiales compuestos, y tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de resistencia a altas temperaturas, resistencia al impacto , y estructura ligera de armas y equipos.