11、航空航天用轻合金增材制造概述

航空航天用轻合金增材制造概述

1. 引言

增材制造（AM）是指通过逐层沉积材料来制造零件的一系列制造技术。如今，从聚合物到金属等各种材料的不同 AM 技术，已广泛应用于汽车、生物医学、航空航天等领域。这些应用的共同需求是在尽可能短的时间内，小批量生产定制化的高标准组件。

用于金属的 AM 技术基于原料的局部熔化。不同的 AM 技术在原料（粉末或线材）和熔化材料的热源（激光、电子束或电弧）方面存在差异，具体如下：
- 粉末床熔融（PBF）：粉末均匀分布在打印板上，然后根据 CAD 文件进行熔化。
- 直接能量沉积（DED）：粉末通过喷嘴沉积到需要的位置，并由激光源同时熔化。
- 电弧增材制造（WAAM）：原料为线材，通过电弧熔化并局部沉积。

这些方法能够制造出机械性能与传统制造方法相当或更优、具有复杂优化几何形状的金属部件。此外，AM 还能减少制造时间、材料浪费和后处理工序，实现近净成形零件的生产。因此，AM 在航空航天工业中的应用日益广泛，铝（Al）、钛（Ti）和镁（Mg）等轻合金因其良好的机械性能和低密度，在其中发挥着重要作用。

在航空领域，AM 具有诸多特定优势，主要与拓扑优化（TO）以减轻重量以及维护、修理和大修（MRO）操作相关。为减轻飞机重量，TO 标准越来越多地应用于结构部件的设计和制造过程，这需要更强大的计算能力、更先进的软件、机器人在加工过程中的集成以及 AM 等新型制造技术。飞机行业的主要公司一直在探索通过 AM 生产更轻的内部零件、支架、铰链，甚至机身和机翼等部件的可能性。例如：
- RUAG 成功制造了一个天线支架，已获太空使用认证，重量从 1.6 千克降至 0.94 千克。
- 空客防务