Avec l'application étendue de la technologie de conception et de fabrication numérique, le développement de produits basé sur le modèle CAO est devenu le modèle dominant dans l'industrie aéronautique, où le modèle CAO et le matériau sont généralement obtenus par enlèvement de matière ou de déformation. Modèle CAO La géométrie a été l'entité de la pièce Bien que ce modèle ait joué un rôle important dans la promotion du progrès de la fabrication aéronautique, des années de pratique industrielle ont également montré qu'il s'agit d'un travail très long et techniquement difficile. Développement de composants en alliage de titane nécessitant de hautes performances, une structure complexe et étant largement utilisé dans l'industrie aéronautique.
En réponse à cette situation, il y a une technologie de fabrication numérique révolutionnaire - la technologie de la technologie de prototypage rapide laser pour briser le mode traditionnel de déformation de l'enlèvement de matière ou de fabrication, en utilisant « accumulation discrète + » d'additif pensée de fabrication, une étape à partir du modèle CAO achever la fabrication de composants, sans avoir besoin de mouler la géométrie complexe du cycle de traitement illimité, à court, à faible coût de fabrication, une grande flexibilité, la performance intégrée et d'autres avantages importants. cette technologie depuis sa création dans les années 1990, est rapidement devenu des priorités concurrentes la puissance aérienne Développement d'une technologie de fabrication avancée.
Comme la puissance aérienne, les Etats-Unis a conduit le développement de cette technologie de fabrication de pointe, et mettre en œuvre la recherche et les applications techniques des avions en alliage de titane pièces de structure de la fabrication de prototypage rapide laser. À l'heure actuelle, la technologie de prototypage rapide laser est devenu une arme de défense aérospatiale américaine et de l'équipement de grand titane Pièces structurelles d'alliage de la technologie de fabrication de noyau.
Sur le F / A-18E, F22 et F35 des avions de combat de pointe, un grand nombre de structures à parois minces, des structures complexes et des cavités raidisseur titane matériau, acier inoxydable, etc., utilisent cette technologie. Professeur de transactions à Beijing University of Aerospace and Astronautics l'équipe de recherche franchit les composants importants et complexes du matériau laser alliage de titane, en acier à très haute résistance et d'autres technologies de prototypage rapide et les applications d'ingénierie a été réalisé avec succès.
L'équipe du professeur Wang en vertu du « laser 3D technologie de prototypage rapide » a remporté le premier prix de la technologie nationale de l'invention. équipe de recherche de l'Université Professeur Huang Weidong du Nord-Ouest pour la théorie laser prototypage rapide, la technologie et l'application de la technologie pour mener à bien un grand nombre de travaux de recherche. À l'heure actuelle, la technologie de prototypage rapide laser a été en mesure de fabriquer principal élément porteur aérospatiale, en un maximum de surface projetée de la pièce a atteint 12m2, et au-dessus de 70% d'utilisation matérielle.
Laser principes de la technologie de prototypage rapide, les avantages et les étapes clés
En principe, le prototypage rapide au laser décompose l'idée de traitement conventionnel de «déformation ou déformation» et utilise le principe «additif» pour façonner la pièce, qui utilise le laser avec concentration d'énergie, contrôle facile et énergie industrielle à faible coût Les avantages d'un contrôle précis et le contrôle de la vitesse de la lumière laser, pour atteindre la fine accumulation et le traitement des matériaux pour créer rapidement des composants métalliques complexes de haute densité.
Processus principal et l'étape clé dans le laser de prototypage rapide: premier modèle CAO pour découper une partie, la partie du maillage par un profil d'épaisseur données 2D superposées en une série d'images en gris-like ordinateur discret, puis, en fonction de contour générateur de données conducteur NC peut commander le déplacement du laser, entraînant ainsi le laser de bas en haut couche par dépôt de couche de poudre métallique de revêtement, et enfin obtenu dense et de haute performance «de forme quasi-net » parties du flux de fabrication de prototypage rapide laser complète représentée sur la Fig. .
Figure 1 Processus de maturation rapide au laser
Pour couper problème prototypage rapide laser modèle CAO dans, Hou a été mis bords silhouette algorithme avant d'intersection rapide à base de surmonter le problème de la singularité de l'algorithme classique. Ma Liang, qui selon le modèle d'information géométrique STL de facettes triangulaires, combiné avec tranches épaisseur, établir une matrice de paquets, afin de réduire le nombre d'intersection et le nombre de facettes triangulaires traversées par la construction de la relation de topologie dynamique entre les facettes triangulaires partielles.
Intersection Cette technique basée sur les algorithmes graphiques informatiques classiques pour terminer rapidement l'image générée en optimisant le nombre de couches qui traversent les facettes triangulaires. Données Dans l'ensemble, le modèle CAO en tranches et grandes lignes de production basé sur l'algorithme de pilote plus mature, et la suite le processus de revêtement au laser implique physique complexe, chimique, des problèmes mécaniques et métallurgiques, en limitant les problèmes de développement et d'application de la technologie de prototypage rapide laser.
Recherche et application du statu quo
Organisation interne et mécanisme de formation des défauts
Le procédé de prototypage rapide au laser peut être décrit comme:
◆ région de gaine de laser est alimenté en continu à la poudre métallique en fusion, à savoir sous l'action d'un faisceau laser, le substrat ou le revêtement couche précédente refusion localisée, l'alliage en fusion et mélangé;
◆ l'écoulement du métal fondu dans la piscine jusqu'à ce que la température à l'intérieur de la piscine ait tendance à être constante et que la composition de l'alliage fondu ait tendance à être uniforme;
◆ Au fur et à mesure que le contour change, la masse fondue dans la piscine en mouvement se solidifie rapidement en déséquilibre.
Le processus ci-dessus se déroule dans un petit bassin de liquide à vie courte, qui est un processus de métallurgie physique à court terme très complexe et sans équilibre.L'interaction entre le laser, la poudre de métal et la piscine fondue est illustrée sur la Fig.2.
Figure 2 laser, diagramme de processus interactif de bain de poudre
Chen et al., Utilisation de la photographie à haute vitesse pour l'observation en temps réel pendant la formation et l'évolution du prototypage laser à liquide du bain rapide. Zhang Fengying comme mécanisme de formation étudié les défauts à laser de titane du procédé de prototypage rapide, les défauts de porosité en fonction de la masse volumique apparente de la poudre Etant donné que les variations du procédé de prototypage rapide laser est questions de recherche extrêmement complexes, une mauvaise densité de l'énergie de fusion du laser, et le rapport entre l'unique multi-canaux Voyage chevauchement autour de l'axe Z., organisation interne et le mécanisme de formation de défauts internes comme membre difficile. « recherche » équipe de recherche et la conception des avions et Shenyang Institut de recherche de l'Université de Beijing de l'aéronautique et de l'astronautique a fait des progrès considérables dans ce domaine, brisant la déformation de la pièce, la prévention et le contrôle de la fissuration qualité interne et d'autres problèmes.
Procédé de formation modélisation et de simulation
Afin d'obtenir des composants stables, de haute qualité, le droit de saisir avec précision la formation organisation interne et un processus rapide formant des défauts internes au laser, les paramètres de processus de formation et la simulation de processus de formation et d'optimisation importance accrue.
une autre technique Jia Wenpeng en utilisant la simulation par éléments finis de la mort masse fondue formée au cours du dépôt et la forme de l'évolution de la surface libre et la couche de gainage, une température interfaciale des particules de poudre pour simuler les conditions reflètent la perte de quantité de mouvement du bain et des moyens pour la capture des particules dans la poudre, et LAGRANGIEN utilisant le modèle de suivi de particules met en oeuvre un suivi des particules de poudre.
Ma Liang et al., Ont établi un modèle d'éléments finis paramétriques de champ de température et de champ de contrainte du procédé de formage au laser basé sur ANSYS et une technique secondaire de développement.Le champ de contrainte thermique dans le processus de formation laser a été simulé. Sur la base du calcul de la loi d'évolution du champ de température, les causes des champs de contraintes thermiques telles que la zone de compression plastique, la zone d'étirement plastique et la zone de déchargement sont révélées.
Tan Hua et al caractéristiques de la technologie laser pour le prototypage rapide, étudier le système de contrôle en boucle fermée basée sur le principe de la surveillance en temps réel pour ajuster les paramètres du processus pour obtenir des composants de haute performance et de haute qualité, et ont discuté du contrôle supplémentaire de l'orientation du développement et le système de contrôle en boucle fermée .
Statut d'application du prototypage rapide au laser
En tant que technologie révolutionnaire, la technologie de prototypage rapide laser principalement pour une forte demande, une grande complexité et difficile à traiter ou enlèvement de matière pièces extrêmement rigides. Deux alliage membres joint avions américains F-22, comme le montre la figure , En utilisant la technologie de prototypage rapide laser, la performance globale des méthodes de traitement traditionnelles ont été grandement améliorées, et les coûts de fabrication réduits de 20% à 40%, le cycle de production a également été réduit de 80%.
Figure 3 F-22 laser prototypage rapide pièces en alliage de titane
Université de Beijing de l'aéronautique et de l'astronautique et le groupe China Aviation Industry a été créé dans la société laser aéronautique, l'industrialisation rapide de prototypage laser de la technologie des résultats de la recherche. Le projet dans le monde pour la première fois a franchi le processus de formation laser avion en alliage de titane grande principale structure porteuse de charge globale, les propriétés mécaniques contrôle, équipement d'ingénierie, les normes techniques ont été couronnées de succès dans un certain nombre de modèles d'avions pour réaliser des applications d'ingénierie. la figure 4 est la première démonstration publique du prototypage rapide laser de grandes pièces en titane d'un certain type de technologie de fabrication d'avions.
Après des années de recherche en profondeur, le professeur Huang Weidong Northwestern University Polytechnique dans la technologie de prototypage rapide laser a également obtenu des résultats remarquables. Laser représenté sur la figure 5 technologie de prototypage rapide pour produire une partie en alliage de titane à grande échelle de l'élément de support de charge principale est un certain type de machine.
Analyse de fabrication d'hélicoptère
● élément mobile de fabrication rapide
Système de levage de rotor d'hélicoptère Les dés principaux de propulsion, dés de rotor de queue et inclinaison automatique (collectivement dénommé «pièces mobiles») est la technologie de noyau de la fabrication d'hélicoptère. Les pièces mobiles comme les principales pièces portantes, structure complexe, environnement de travail pauvre, Haute résistance à la fatigue, et la plupart des matériaux tels que l'alliage de titane TB6 et des alliages à haute température difficiles à traiter les matériaux.Si en utilisant la technologie de prototypage rapide laser, il a des propriétés mécaniques globales considérables ou mieux.
En outre, le prototypage rapide au laser présente les avantages d'une complexité géométrique illimitée et indépendante du moule, d'un cycle de production réduit et d'une utilisation élevée des matériaux, particulièrement adapté aux changements de conception des pièces mobiles.Par conséquent, la technologie de prototypage rapide Des pièces mobiles pour améliorer les propriétés mécaniques dynamiques des composants, réduire les coûts de fabrication et raccourcir le cycle de développement est d'une grande importance.
● Réparation rapide des pièces mobiles
Les pièces mobiles de l'hélicoptère sont des éléments porteurs importants qui supportent les forces centrifuges induites par les pales, les moments de flexion, les moments de shimmy, etc .. Par conséquent, les pièces mobiles sont les pièces les plus facilement usagées d'un hélicoptère. Défaut, seul le remplacement global, peut entraîner des centaines de milliers, voire des millions de pertes.
Le prototypage rapide est une fabrication additive point par point, donc seules les pièces défectueuses comme substrat spécial, la reconstruction géométrique du site de défaut, la reconstruction de la géométrie de la stratification des tranches et enfin l'utilisation de la technologie de prototypage rapide laser peuvent rapidement réparer Pièces Étant donné que la contrôlabilité de l'énergie laser dans le temps et l'espace et la densité de puissance est beaucoup plus élevée que les autres sources d'énergie industrielles, l'effet négatif du processus de chauffage de réparation sur les pièces réparées peut être minimisé.
De plus, comme le processus de prototypage rapide laser peut contrôler la composition et la structure de l'alliage, les propriétés inhérentes du composant peuvent être restaurées en contrôlant la composition de la zone de réparation et l'organisation de la zone de réparation. Perte, mais aussi améliorer l'utilisation des ressources, conformément à la stratégie de développement durable à faible coût.
Conclusion et perspectives
L'industrie de l'hélicoptère connaît des changements rapides en tant qu'élément important de l'industrie aéronautique, et il n'y a pas de solution permanente et permanente pour rendre l'industrie plus grande et plus forte, mais seulement en renforçant constamment la recherche et le développement. Forte forêt.La technologie de prototypage rapide laser a apporté de grands avantages techniques conduira le développement de la technologie de fabrication avancée.Hélicoptère pièces mobiles technologie de fabrication de fabrication d'hélicoptères est l'incarnation de la capacité de fabrication, du coût, efficacité, qualité, l'utilisation de La technologie de prototypage rapide laser pour déplacer la fabrication et la réparation de composants avec de grands avantages techniques et économiques, comme le développement futur de la technologie de fabrication de pièces mobiles priorité.