随着人类探索深空的脚步不断延伸，航空航天等高性能构件需要在更极端的条件下服役。为了获得更优更强的整体性能、更优更好的行业解决方案，航空航天构件发展向大型化、一体化、复杂化迈进。
金属3D打印实现了相关材料制件的高性能、高精度、复杂结构等成形要求，成形产品在表面特性、几何特性、机械特性等关键指标均处于行业先进水平，具有“大（成形尺寸大）”、“优（优化设计）”、“特（新材料和特殊结构）”、“精（高精度）”的特点。而这些特点在本次航展期间表现的淋漓尽致。本期，3D打印技术参考揭秘展会期间，铂力特所展出的大尺寸3D打印航空航天金属零部件背后的制造密码。
1.支架缩比件
材料：铝合金
尺寸：φ940mm×60mm
重量：36kg
机时：36h
设备：W2520A
技术说明：针对支架尺寸大、轻量化、减振等需求，采用电弧增材制造技术一体打印支架优化结构，并结合减材加工保证产品精度。该支架缩比件直径940mm，在实际生产中，铂力特可打印出直径数米的支架。
该结构具有大幅面的薄壁筋结构，打印时易产生变形，导致尺寸加工余量不足；而且工艺上，成形路径复杂，易产生未熔合，弧坑、裂纹等缺陷，导致性能降低或不达标。针对这些问题，工艺人员提出了具体的解决措施：1.利用基材的尺寸对零件进行刚性约束；2.对零件基材进行适当预热，减少温度梯度；3.对零件结构进行分区，合理规划打印方式减少应力叠加产生的变形；4.打印策略优化，通过分块，分区扫描策略优化。通过以上措施，有效控制了整体变形情况。
2. 发动机集成件
材料：高温合金
尺寸：820mm×820mm×400mm
重量：567kg（零件+基材），27kg（零件）
设备：BLT-S800
机时：175h
技术说明：该产品以航空发动机为基本构型载体，融合增材制造高柔性设计优势与增材工艺适应性原则，通过整体化设计，集成了典型轻量化特征、空间多尺度结构、异性曲面及流道等复杂特征，并实现了大尺寸部件与局部灵活可动性特征的整体制备。
该产品充分体现了增材制造产品的创新性设计理念及BLT大尺寸复杂多特征部件的加工工艺能力，展现了金属3D打印在航空航天领域的集成化、轻量化创新性设计及工程应用方面的突出优势。
3.长征五号缩比模型
材料：钛合金
尺寸：400mm×400mm×1400mm
重量：55Kg（零件+基材）12Kg（零件）
设备：BLT-S500
机时：150h
为庆祝长征五号顺利升空，铂力特以长征五号为灵感，对其外形做相关优化设计，利用BLT-S500一次性打印成功。
技术说明：该模型是在长征五号外轮廓基础上重新设计的优化结构零件，将典型的优化设计结构集合在同一个零件上，具有大尺寸、薄壁等特征。零件总高度1400mm，表面由格栅框架和连续曲面构成，内部附有异形管路，外部带有不同特征舵翼结构。
该零件一体化打印成形，整个零件高1400mm，重量仅有12kg，充分体现了铂力特拥有大尺寸高精度结构突出的实现能力。
4. 动舵面（局部）
材料：高温合金
尺寸：690mm×110mm×48mm
重量：12.5kg
设备：BLT-S600
技术说明：采用SLM工艺整体制造，内部采用点阵结构填充，零件减重的同时满足强度的要求。
5. 石油钻探岩密探头
材料：不锈钢
尺寸：Φ90mm×812mm
重量：20.534kg
机时：327h
设备：BLT-S511
技术说明：岩性密度探头尺寸较长且结构不规则，采用增材制造SLM工艺可将探头一次成形，大幅降低后续加工量和加工难度。加工方式的升级，至少可节约60%以上的加工周期以及20%的加工成本。仪器产能可提高60%-70%，探头表面硬度可提高5%-6%，显著提高产品功能和经济效益。
6. 钛合金框
材料：钛合金
尺寸：1200mm×800mm×150mm
重量：45kg
机时：120h
设备：LSF-XA-BLT-VI-003
技术说明：零件为复杂框板结构，基于激光送粉成形技术成形。相比于传统制造工艺，激光送粉打印技术可实现零件生产周期短、生产成本低、材料利用率高等优点。且各项力学性能均符合锻件指标，可达到使用标准，对提升我国高端装备制造技术水平和国际竞争力具有重要战略意义和社会经济效益。
然而，激光同轴送粉打印柜板类大尺寸钛合金并非容易，其存在两个主要难点：其一，打印过程中产生的内应力大，导致零件变形，甚至开裂。其二，打印过程中，非平衡凝固组织的控制及内部冶金缺陷的控制。
针对以上情况，铂力特通过优化激光的扫描策略进行一级打印模型的处理，可实现降低打印过程产生的内应力，降低变形开裂的风险；然后通过优化打印的工艺参数，可控制凝固组织的晶粒形态一级内部的冶金缺陷，结合特定的热处理制度，最终可获得综合力学性能与锻件相当的钛合金零件。
7. 创新设计树
材料：钛合金
尺寸：400mm×400mm×1100mm
重量：2kg
机时：192h
设备：BLT-S500
技术说明：该产品基于功能优先的3D打印优化设计，充分展示了3D打印在集成设计方面的优势：功能优先、集成设计、仿生设计、减重能力、极限结构成形能力等，在航空、航天、汽车等领域的应用有广泛的应用前景。
END
在往期文章中，我们已经证明3D打印技术在我国运载火箭、航天器产品的制造过程中发挥的重要作用，以及航天科技集团旗下多个单位为实践该技术所付出的努力与取得的成果。作为国内仅有的科创板增材制造企业，铂力特是我国航空航天领域强有力的金属3D打印机制造商与服务提供商。
在探索3D打印应用范围广度的同时，铂力特也在探索零件成形尺寸的极限，力求为大尺寸零件提供金属增材制造解决方案。所生产的BLT-S500、BLT-S600等大型SLM设备解决了我国大型航空航天精密复杂构件的生产制造瓶颈问题；BLT-S310型号设备也通过了空中客车公司认证，成为空客A330机型增材制造项目主要设备；2021年，铂力特更是推出了十激光器大幅面金属3D打印机BLT-S800，为支持航天制造提供了更多的可能性。
未来，3D打印技术将更快的推动航空航天产业的发展与进步。
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