中國原創(chuàng)：激光粉末床熔融與超快激光沖擊復合“鍛打印”技術

南極熊導讀：在2024年10月24日舉辦的“第四屆航空航天增材制造大會”上，西安空天機電智能制造有限公司(簡稱：西空智造）面向航空航天領域展示了公司最新研發(fā)的“鍛打印”技術研究成果和市場應用情況。這項技術的成功使用全面提升了金屬增材結構件的力學性能，對某型飛機0.8mm薄壁的液壓導管強化后，疲勞壽命甚至提高了4.6倍。

△“鍛打印”技術原理

據(jù)南極熊了解，“鍛打印”技術由西空智造攜手西安交通大學共同研發(fā)，主要解決常規(guī)LPBF技術增材制造過程中部件內(nèi)部殘余應力問題，這些應力往往引起零件變形、開裂甚至孔洞等缺陷。通過使用光纖激光+強化激光，實現(xiàn)增材一層、強化鍛打一層，精確調(diào)控增材部件的應力場、組織和缺陷。因此，“鍛打印”技術顯著提高了打印件的力學性能，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

△深度報告

細化晶粒、提升硬度、提高疲勞極限
據(jù)悉，西空智造自主研發(fā)的國產(chǎn)化“鍛打印”設備，是具備在打印過程中實時調(diào)控應力場的先進技術，通過激光增材“熱場”與激光沖擊“力場”的耦合，有效解決了零件成型過程中的變形和開裂難題�！板懘蛴　痹O備能夠在不依賴添加劑和調(diào)整粉末成分的情況下，成功打印難熔金屬材料，包括7075鋁合金和鎳基高溫合金。

與常規(guī)LPBF打印技術相比，采用該設備打印的7075鋁合金，其整體顯微硬度提高了20%～40%，晶粒細化程度超過30%；相較于熱處理AlSi10Mg合金，鍛打印后去除了表面大部分未熔合缺陷，截面顯微硬度提升15%-20%。

減少變形、簡化后處理
“鍛打印”設備搭載的DD1激光模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)輪廓邊緣的高精度加工，有效減少甚至消除支撐結構，凈成型產(chǎn)品，同時抑制增材制造過程中薄壁結構的變形問題，對200×200×1mm的試驗件測試發(fā)現(xiàn)，采用鍛打印技術后，最大變形量可降低50%以上。

此外，“鍛打印”技術能夠成功將內(nèi)部殘余拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯�力，如激光鍛打�?16L殘余壓應力幅值在50-100 MPa左右；實現(xiàn)少支撐或無支撐，從而減少后續(xù)加工和熱處理的需求，降低了制造成本和時間。

“鍛打印”技術的應用方向
“鍛打印”技術通過XK-CK300S智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)打印過程的全方位智能監(jiān)控，進一步提升了制造過程的可靠性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

未來，“鍛打印”技術將重點應用于：
●葉片/盤、高端軸/齒輪、高端裝備主承力結構等高性能增材制造；
●復雜結構機匣、復雜內(nèi)流道結構部件、燃燒室/助推器等一體化部件、復雜薄壁結構等難制造部件的增材制造；
●現(xiàn)場少支撐、無熱處理的敏捷增材制造；
●低成本材料做高性能構件（如等軸晶復雜冷卻結構取代某些單晶葉片）；
●難打印材料（7075鋁合金/IN738高溫合金）的增材制造。

西空智造研發(fā)的“鍛打印”技術在提升力學性能、改善質(zhì)量一致性、減少后處理需求、提升可靠性以及復雜結構件打印方面，有著非常大的創(chuàng)新推動作用，為航空航天領域帶來了新的動力，填補了國內(nèi)在這一領域的技術空白，達到了國際先進水平，有助于推動該領域向更高效、更可靠的方向發(fā)展。

西空智造表示，期待與行業(yè)專家、業(yè)界同仁等深入交流和探討，促進技術升級，加快行業(yè)應用進程。