3D打印飛機(jī)起落架和維修鈦合金葉片
2023年10月10日 9:51 11305次瀏覽 來源： 中國(guó)有色網(wǎng) 分類： 鈦資訊
飛機(jī)起落架是一類受力巨大的部件，為了適應(yīng)受力大的環(huán)境，這些零件采用高強(qiáng)度鋼鍛造。但是，自從鈦合金面世后，飛機(jī)起落架逐漸改用鈦合金鍛件，因?yàn)殁伜辖鸺扔懈邚?qiáng)度又有低密度，還能降低其質(zhì)量25%以上，這對(duì)航空器來說非常重要。飛機(jī)起落架使用的鈦合金為Ti-10V-2Fe-3Al，抗拉強(qiáng)度為1190MPa，幾乎是7075鋁合金的2.2倍，波音B777飛機(jī)起落架的許多零件用其鍛造。起落架還在使用的Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr合金具有高強(qiáng)度和韌性，但是價(jià)格較高。另外，Ti-6Al-4V合金多用于鍛造直升機(jī)起落架零部件，是應(yīng)用最廣的航空航天器與通用器械鈦合金，價(jià)格較低，強(qiáng)度和性能較上述的鈦合金低。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工作條件極為苛刻，不僅溫度高，還要承受高壓與高速氣流沖刷。在“三高”的惡劣環(huán)境中工作，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片極易損壞，特別是葉片尖端，因此維修工作量大。據(jù)美國(guó)《航空周刊》網(wǎng)站2023年9月15日?qǐng)?bào)道，為了減輕維護(hù)工作量與延長(zhǎng)葉片工作時(shí)間，美國(guó)奧普托麥克公司（Optomec）和艾克姆機(jī)器人系統(tǒng)公司（Acme）約用2年時(shí)間共同開發(fā)出了維修航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金壓氣機(jī)葉片的自動(dòng)化工作單元，是世界首創(chuàng)。該維修系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造初衷主要用于修復(fù)在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中被磨損的鈦合金壓氣機(jī)葉片尖部，同時(shí)也可以修復(fù)鎳基合金葉片尖部和葉片前緣的損傷。該自動(dòng)化工作單元由3個(gè)工位組成，可以進(jìn)行葉片尖端研磨、3D打印激光熔覆和其后處理，含1個(gè)自動(dòng)托盤裝載和卸載站、1個(gè)托盤翻轉(zhuǎn)站和1個(gè)機(jī)器人物料處理系統(tǒng)，還可以配備其他功能，如自動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和清潔站。
奧普托麥克公司表示，與傳統(tǒng)的修復(fù)鈦合金葉片工藝如數(shù)控機(jī)床加工和鎢極惰性氣焊接（TIG）相比，該自動(dòng)化工作單元具有一系列優(yōu)點(diǎn)：完成葉片精加工的速度約比數(shù)控機(jī)床精加工或手工精加工的快3～4倍；與手工工藝相比，維修的質(zhì)量更加穩(wěn)定；成本降低70%以上，不用手工焊接和人手精加工，維修質(zhì)量大幅提高。奧普托麥克公司表示，利用高效和可重復(fù)的機(jī)器人精加工技術(shù)，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)維修中心的工作質(zhì)量大為改善，維修成本也有所下降。該自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)每年能修復(fù)8.5萬塊鈦合金壓氣機(jī)葉片，已得到多個(gè)國(guó)家的民航監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)證，長(zhǎng)期的商業(yè)化應(yīng)用表明，該系統(tǒng)完全安全可靠。
據(jù)英國(guó)aero-mag網(wǎng)今年9月17日?qǐng)?bào)道，英國(guó)航空航天技術(shù)研究所（ATI）啟動(dòng)名為“起落架工業(yè)突破（Ⅰ-Break）”的研發(fā)項(xiàng)目，投資2250萬英鎊。該項(xiàng)目由空中客車公司牽頭，參與工作的有15家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和院校，將首次在全世界3D打印航空器起落架零部件。
Ⅰ-Break項(xiàng)目由4個(gè)工作包組成：WAAM3D公司負(fù)責(zé)研發(fā)電弧3D打印生產(chǎn)速度的提高的工業(yè)化、高完整性結(jié)構(gòu)應(yīng)用的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能控制、在線無損探傷的產(chǎn)業(yè)化、在升級(jí)版RoboWAAM系統(tǒng)上生產(chǎn)相應(yīng)尺寸和復(fù)雜程度的原型零部件；克蘭菲爾德大學(xué)主要負(fù)責(zé)研究新的WAAM工藝和解決方案，并對(duì)關(guān)鍵合金的沉積進(jìn)行驗(yàn)證；斯特拉斯克萊德大學(xué)主要負(fù)責(zé)創(chuàng)新的在線探傷技術(shù)；PeakNDT公司是一家高性能常規(guī)和相控陣超聲儀器制造企業(yè)，也負(fù)責(zé)在線無損探傷技術(shù)研究。
采用3D打印工藝航空器起落架零部件，可以縮短航空器上市時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少20%的二氧化碳排放，該項(xiàng)目研發(fā)工作計(jì)劃將于2026年前完成。全世界航空器起落架零部件制造工藝將逐步從鍛造轉(zhuǎn)變到3D打印。
責(zé)任編輯：葉倩
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