鈦合金增材制造技術的分析和未來趨勢

喬旭

（河北工程大學裝備學院，河北 邯鄲 056038）

增材制造技術從20世紀90年代開始出現，其發展的基礎是高能量熱熔覆技術和快速原型技術，與傳統制造技術相比，不用經過各種刀具的切割和多種繁雜工序的加工，大大縮減了加工時間，同時對于結構復雜的零件，其加工過程和制造精度更高。

目前鈦合金產品已經在多個領域得到應用，這些產品的結構較復雜、品種多、批量小且性能要求高，傳統的生產制造技術無法滿足這些產品要求，而增材制造技術能夠滿足鈦合金產品制造技術和性能要求，因而得到廣泛應用。

一、增材制造技術概述

增材制造技術主要是通過計算機中生成零件的三維CAD模型，根據模型的尺寸數據采用激光熔覆的方式將零件的材料通過噴墨的形式逐層堆積起來形成立體零件的技術。增材制造工藝簡單，生產成本低，適用范圍廣，可根據計算機內零件三維圖的不同隨時改變制造零件的結構、品種等，對于產品結構復雜、材料活性高、要求純度高的金屬零件的制造特別適用。

增材制造技術使用的原材料主要有金屬和非金屬兩大類，同時在原材料中還添加其他材料進行燒結、固化和熱熔覆。按照添加材料的不同增材制造技術可以分為：快速原型制造技術和高性能金屬構件直接制造技術。

與傳統的切削加工相比，增材制造技術可以實現金屬材料零件制作過程的一步完成，其制造的過程是根據零件的三維CAD圖進行的，因此與實際要求零件的尺寸精度相接近，后續的加工余量小，材料的利用率和生產效率都大幅的提高了。在使用增材制造技術的時候不需要大型的設備，可以為生產企業節約資源，同時制造時間短，具有較高的柔性可以根據產品的結構變化隨時改變。

二、鈦合金增材制造技術的研究及應用現狀

（一）鈦合金增材制造技術的研究現狀

隨著增材制造技術的發展，世界各國都在積極地對鈦合金增材制造技術進研究，以期鈦合金增材制造技術能夠在多方面得到應用。根據近幾年的研究現在應用于鈦合金零件加工中的生產工藝有激光選區熔化成形技術、電子束熔絲成形技術、激光立體成形技術和電子束選取熔化成形技術。

（二）鈦合金增材制造技術在航空航天領域的應用

增材制造技術最早于2001年開始應用于美國的艦載殲擊機中，通過鈦合金增材制造技術生產出飛機的承力結構件并應用于航空生產。2011年英國的南安普頓大學通過增材制造技術生產出包括無人機的機翼、控制面板和艙門的整體框架。2012年之后，鈦合金增材制造技術在航空領域的應用取得前所未有的發展，鈦合金零件不僅在飛機制造中得到廣泛的應用，而且新型的鈦合金材料開始在火箭、航天飛機等航天設備中得到應用，鈦合金增材制造技術生產的零件極大的減少了航天設備之間的焊縫數量，由于鈦合金的強度更高，使得航天設備的安全性大大提高。

我國相關部門和科研院校也不斷的對鈦合金增材制造技術進行研究，現在已經在航空領域得到應用。我國運用鈦合金增材制造技術生產的飛機機翼和主承力構件達到了相應的技術要求并應用于飛機制造。2013年北京航空航天大學通過鈦合金增材制造技術制造出了鈦合金飛機主承力構件，通過了技術驗證且進行裝機評審，這使我國成為世界上首個掌握鈦合金飛機主承力構件設計制造的國家，標志著我國的鈦合金增材制造技術進入世界的領先地位。

（三）鈦合金增材制造技術在在國防領域的應用

在國防武器生產的過程中，對武器的材料性能要求較高，零件的精密度也有較高的要求。美國海軍正在研究將增材制造技術設計到航空母艦上，將航母作為一個大型的武器生產工廠，根據需要和要求生產所需武器設備。同時美國的陸軍也在研發“移動零件醫院”實現武器零件的快速修復和快速生產，滿足戰場的需要。我國也正在加緊鈦合金增材制造技術在國防領域應用的研究，實現武器生產的快速化和精密化，推動我國國防技術發展。

（四）鈦合金增材制造技術在醫療器械中的應用

現代醫療中，鈦合金技術已經得到應用，如人工關節。隨著醫療水平的提高，人們對于人工關節或者其他的復合材料在身體中的應用也提出更高要求，這些應用于人體的材料應有更好的接觸性和相容性，同時還應完成相應的功能。鈦合金增材制造技術生產的人工關節確保關節具有良好的耐磨界面，同時能夠很好地與骨組織進行容和，提高人工關節的質量和醫療水平。

三、鈦合金增材制造技術應用前景分析

隨著增材制造技術的發展，鈦合金增材制造技術會在工程材料的各個方面得到應用。鈦合金增材制造技術生產的鈦合金完全可以替換傳統鈦合金材料。隨著科學技術的進步，鈦合金材料的應用范圍將不僅僅局限于航空航天、國防和醫療衛生方面，鈦合金增材制造技術也會不斷的完善和發展。鈦合金增材制造技術才剛開始，他的發展還需要不斷改進和完善，需要科研院校和機構的共同努力。鈦合金增材制造技術必向著生產復雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發展。同時，增材制造技術也會在各個領域得到應用，實現生產的快速化，促進我國制造業的快速發展，大力提高我國的經濟發展速度。

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