Mit der umfassenden Anwendung der digitalen Design- und Fertigungstechnologie wurde die Produktentwicklung basierend auf dem CAD-Modell zum Mainstream-Modell in der luftfahrenden Fertigungsindustrie, wo das CAD-Modell und Materialrohlinge, die normalerweise auf Teilen basieren, durch Entfernen von Material oder Verformung erhalten werden CAD-Modell Geometrie war die Teileinheit Obwohl dieses Modell eine große Rolle bei der Förderung des Herstellungsfortschritts in der Luftfahrt gespielt hat, haben Jahre der industriellen Praxis gezeigt, dass es eine sehr zeitaufwendige und technisch anspruchsvolle Aufgabe ist, besonders für Entwicklung von Bauteilen aus Titanlegierungen, die eine hohe Leistung erfordern, eine komplexe Struktur aufweisen und in der Luftfahrtindustrie weit verbreitet sind.
Als Antwort auf diese Situation gibt es eine revolutionäre digitale Fertigungstechnologie - Laser-Rapid-Prototyping-Technologie.Diese Technologie, um die traditionelle Entfernung von Materialien oder Verformung des Herstellungsmodells zu brechen, die Verwendung von "diskrete + Akkumulation" von additiven Fertigungsideen aus CAD-Modellschritt Die Fertigstellung der Komponentenfertigung hat wesentliche Vorteile, wie zum Beispiel keine Notwendigkeit für Form, unbegrenzte Komplexität der Geometrie, kurzer Bearbeitungszyklus, niedrige Herstellungskosten, hohe Flexibilität und ausgezeichnete Gesamtleistung usw. Die Technologie ist seit den 90ern zu einer Avantgarde der Supermacht der Luftfahrt geworden Entwicklung einer fortschrittlichen Fertigungstechnologie.
Als Luftleistung, führten die Vereinigten Staaten die Entwicklung dieser fortschrittlichen Fertigungstechnologie sowie Forschung und Engineering-Anwendungen aus einer Titanlegierung Flugzeugstrukturteil der Laser-Rapid-Prototyping-Fertigung realisieren. Derzeit Laser-Rapid-Prototyping-Technologie hat eine amerikanische Luft- und Raumfahrt Verteidigung Waffen und Ausrüstung von großen Titan werden eine der Kerntechnologien Legierungsstrukturelement zur Herstellung.
Auf dem F / A-18E, F22 und F35 fortgeschrittene Kampfflugzeuge, eine große Anzahl von dünnwandigen Strukturen, komplexer Strukturen und Hohlräumen Kausche Material Titan, rostfreier Stahl, etc., sind mit dieser Technologie. TRANSACTIONS Professor an Peking University of Aerospace and Astronautics das Forschungsteam durchbrach große und komplexe Komponenten der Lasermaterials Titan-Legierung, ultrahochfesten Stahl und andere Rapid-Prototyping-Technologie und Engineering-Anwendungen erfolgreich durchgeführt wurde.
Professor Wang Team auf Grund gewonnen '3D-Laser-Rapid-Prototyping-Technologie' den ersten Preis der National Technology Invention. Professor Huang Weidong der Northwestern University Research-Team für Rapid-Prototyping-Laser-Theorie, Technologie und Anwendung der Technologie viel Forschungsarbeit durchzuführen. Derzeit Laser-Rapid-Prototyping-Technologie ist es gelungen, für Luft- und Raumfahrt Hauptlastträgerelement in der Herstellung, die maximalen projizierten Fläche des Teils gemacht hat 12m2 erreicht und über 70% Materialausnutzung.
Prinzipien der Laser-Rapid-Prototyping-Technologie, wichtige Schritte und Vorteile
Im Prinzip bricht das Laser-Rapid-Prototyping die herkömmliche Verarbeitungsidee von "Materialentfernung oder -deformation" ab und verwendet das Prinzip "additiv", um das Teil zu formen, das Laser mit Energiekonzentration, einfacher Steuerung und kostengünstiger industrieller Energie verwendet Die Vorteile der präzisen Steuerung und Steuerung der Laserlichtgeschwindigkeit, um die feine Ansammlung und Verarbeitung von Materialien zu erreichen, um schnell komplexe Metallkomponenten mit hoher Dichte zu erzeugen.
Hauptprozess und wichtiger Schritt in Rapid-Prototyping-Laser: erster CAD-Modellteil zu schneiden, wobei der Teil des Netzes durch ein Dickenprofil geschichteten 2D-Daten in eine Reihe von diskretem computerähnlichen Graubild, und dann, basierend auf Umrißdaten Generator NC Fahrer kann die Bewegung des Lasers steuern, um dadurch den Laser von der unteren Antriebs Schicht für Schicht Ablagerung von Überzugsmetallpulver; schließlich erhaltenen dichten, hochleistungsfähigen ‚Near-net-Shape‘ Teile des gesamten Laser schnelle Strömung Herstellungs prototyping in Fig. .
Fig Sofortlaser Umformprozess
Um das Problem des Singularitätsproblems in klassischen Algorithmen zu lösen, wobei Liu Houcai ua auf das CAD-Modell-Slicing-Problem beim Laser-Rapid-Prototyping abzielte, schlug er einen schnellen Algorithmus der Kreuzung basierend auf Silhouettenrändern vor. Dicke, richten Sie die Gruppierungsmatrix ein und reduzieren Sie die Anzahl der Überschneidungen und Durchquerungen der dreieckigen Facetten, indem Sie lokale dynamische topologische Beziehungen zwischen den dreieckigen Facetten aufbauen.
Die Technik basiert auf dem klassischen Algorithmus des Computergrafik-Schnittalgorithmus, und die schnelle Erzeugung von Bildern auf allen Ebenen wird durch Optimieren der Anzahl der Durchquerungen von Dreiecken erreicht. Im Allgemeinen sind Algorithmen des CAD-Modell-Slicing und der Treibergenerierung basierend auf Konturdaten relativ ausgereift. Das Laserplattierverfahren beinhaltet komplizierte physikalische, chemische, mechanische und metallurgische Probleme, was ein schwieriges Problem darstellt, das die Entwicklung und Anwendung der Laser-Rapid-Prototyping-Technologie beschränkt.
Forschungs- und Anwendungsstatus quo
Interner Organisations- und Defektbildungsmechanismus
Laser-Rapid-Prototyping-Verfahren kann beschrieben werden als:
Kontinuierliches Zuführen des geschmolzenen Metallpulvers, das heißt unter der Wirkung des Laserstrahls, des Substrats oder der vorherigen Schicht der lokalen Umschmelz-Umhüllungsschicht, in den Laser-Umhüllungsbereich und einmischen in die Legierungsschmelze;
◆ Metallschmelzenstrom in dem Pool, bis die Temperatur innerhalb des Pools dazu tendiert, konsistent zu sein, und die Schmelzlegierungszusammensetzung dazu tendiert, gleichmäßig zu sein;
◆ Wenn sich die Kontur ändert, erstarrt die Schmelze im bewegten Becken schnell aus dem Gleichgewicht.
Der obige Prozess findet in einem kleinen, kurzlebigenFlüssigkeitspool statt, der ein sehr komplexer physikalischer Nicht-Gleichgewichts-Kurzzeit-Metallurgieprozessist.Die Wechselwirkung zwischen Laser, Metallpulver und Schmelzpool ist in Fig. 2 gezeigt.
Abbildung 2 Laser, Pulverbad interaktives Prozessdiagramm
Chen et al., Am Fotografie High-Speed während der Entstehung und Entwicklung der Badflüssigkeit Laser Rapid Prototyping. Zhang Fengying wie Bildungsmechanismus studierte Titan Laser-Rapid-Prototyping-Verfahren Defekte in Echtzeit zu beobachten, je Porosität Defekte auf der Schüttdichte des Pulvers da die Laser schnellen Variationen Prototyping-Verfahrens ist äußerst komplex Schlüsselforschungsfragen, schlechte Fusionsenergiedichte des Lasers, und das Verhältnis zwischen der überlappenden Mehrkanal-Einzelreise um die Z-Achse., interne Organisation und den Mechanismus der Bildung von internen Defekten wie Mitglied schwierig. ‚Forschung‘ Forschungsteam und Shenyang Flugzeugdesign und Forschungsinstitut für Beijing University of Aeronautics and Astronautics haben erhebliche Fortschritte auf diesem Gebiet, brechen den Teil Verformung, Rissbildung Prävention und die interne Qualitätskontrolle und andere Probleme gemacht.
Modellierung und Simulation Umformprozess
Um eine stabile, qualitativ hochwertige Komponenten zu erhalten, fassen Bildungsgesetz genau interne Organisation und interne Defekte Laser-Rapid-Umformprozess, die Bildung Prozessparameter und den Umformprozess Simulation und Optimierung einer stärkeren Gewichtung.
Jia Wenpeng andere Technik, um die Finite-Elemente-Simulation des Tod Schmelzbad während der Abscheidung und die Form der freien Oberfläche Evolution und die Mantelschicht, eine Grenzflächentemperatur des Pulverpartikels gebildet unter Verwendung der Bedingungen reflektierten Impulsverlust des Bades zu simulieren, und Mittel für das Einfangen von Teilchen in dem Pulver, und Lagrange-Funktion unter Verwendung von Partikelverfolgungsmodell implementiert Tracking des Pulverteilchen.
Basierend auf ANSYS, Ma Liang et al .. Etablierte das parametrische Finite-Elemente-Modell von Temperaturfeld und Spannungsfeld von Laser-Forming-Prozess mit der sekundären Entwicklungstechnologie.Das thermische Spannungsfeld im Laser-Forming-Prozess wurde durch mobile Wärmequelle und Einheit Leben und Tod-Technologie simuliert. Auf der Basis der Berechnung des Entwicklungsgesetzes des Temperaturfeldes werden die Ursachen der Wärmespannungsfelder wie plastische Kompressionszone, plastische Dehnungszone und Entladungszone aufgedeckt.
Im Hinblick auf die Prozesseigenschaften des Laser-Rapid-Prototyping haben Tan Hua und Mitarbeiter ein Regelungssystem auf Basis des Echtzeitüberwachungsprinzips zur Anpassung von Prozessparametern an leistungsfähige und qualitativ hochwertige Komponenten untersucht und die Weiterentwicklung von Überwachungs- und Regelungssystemen diskutiert .
Anwendungsstatus von Laser Rapid Prototyping
Als revolutionäre Technologie, Technologie-Rapid-Prototyping-Laser vor allem für die hohe Nachfrage, hohe Komplexität und schwierig oder Materialabtrag extrem steife Teile zu verarbeiten. Zwei Verbindungselemente Legierung US F-22 Flugzeuge, wie in Fig Laserherstellungs rapid prototyping-Technologie, die die Gesamtleistung im Vergleich zu herkömmlichen Verarbeitungsverfahren, und die Herstellungskosten stark verbessert wird, reduziert wird, um 20% bis 40%, der Produktionszyklus um 80% verkürzt.
Abbildung 3 F-22 Laser Rapid Prototyping Titanlegierung Teile
Beijing University of Aeronautics and Astronautics und die China Aviation Industry Group in dem Flugzeuglaser Unternehmen gegründet wurde, Laser-Rapid-Prototyping-Industrialisierung der Technologie Forschungsergebnisse. Das Projekt in der Welt zum ersten Mal durchbrach den Laser Umformprozess Flugzeugtitanlegierung große Gesamthaupttragstruktur, die mechanischen Eigenschaften Steuerung, technische Ausrüstung, haben technische Standards in einer Reihe von Modellen von Flugzeugen erfolgreich Anwendungstechnik durchzuführen. 4 ist die erste öffentliche Demonstration des Laser-Rapid-Prototyping von großen Titanteilen eine bestimmte Art von Flugzeugfertigungstechnologie ist.
Nach Jahren intensiver Forschung hat Professor Huang Weidong von der Northwestern Polytechnical University auch herausragende Leistungen in der Laser-Rapid-Prototyping-Technologie erbracht: Die in der 5 gezeigten großen Titanlegierungsteile der Laser-Rapid-Prototyping-Technologie sind die tragenden Hauptkomponenten eines Maschinentyps.
Anwendungsanalyse der Hubschrauberfertigung
● schnelle Herstellung von beweglichen Teilen
Hubschrauber-Rotor-Lift-System Der Hauptantrieb Würfel, Heckrotor Würfel und automatische Tilt (zusammen als "bewegliche Teile") Herstellung ist die Kerntechnologie der Helikopter-Herstellung.Mobilteile als die wichtigsten tragenden Teile, komplexe Struktur, schlechte Arbeitsumgebung, Hohe Ermüdungsfestigkeit und die meisten der Materialien wie TB6 Titanlegierung und Hochtemperatur-Legierungen schwierig zu Materialien zu verarbeiten. Wenn Laser-Rapid-Prototyping-Technologie verwendet, hat es erhebliche oder bessere mechanische Gesamteigenschaften.
Darüber hinaus hat das Laser-Rapid-Prototyping die Vorteile einer werkzeugunabhängigen, unbegrenzten geometrischen Komplexität, eines kurzen Produktionszyklus und einer hohen Materialausnutzung, besonders geeignet für Designänderungen bewegter Teile. Daher Laser-Rapid-Prototyping-Technologie zur Herstellung von Hubschraubern Von den beweglichen Teilen zur Verbesserung der dynamischen mechanischen Eigenschaften von Bauteilen, reduzieren die Herstellungskosten und verkürzen den Entwicklungszyklus ist von großer Bedeutung.
● Schnelle Reparatur beweglicher Teile
Hubschrauber bewegliches Element ist wichtig, zu dem Aufnahmeelement, um eine Zentrifugalkraft aufnehmenden Flügel leitenden schwingenden Moment, flattert Moment, usw. Somit wird das bewegliche Element das wahrscheinlichste Element Hubschrauber tragen. Aufwendige bewegliche Element, treten die Mangel einmal oder Mangel, nur der Gesamtersatz, kann zu Hunderttausenden, sogar Millionen von Verlusten führen.
Rapid Prototyping ist eine Punkt-für-Punkt-additive Fertigung, bei der nur die defekten Teile als spezielles Substrat, die geometrische Rekonstruktion der Defektstelle, die Rekonstruktion der Geometrie der Schichtschichtung und schließlich der Einsatz der Laser-Rapid-Prototyping-Technologie schnell repariert werden können Teile Weil die Steuerbarkeit der Laserenergie über Zeit und Raum und Leistungsdichte viel höher ist als bei anderen industriellen Energiequellen, kann der nachteilige Effekt des Reparaturheizprozesses auf reparierte Teile minimiert werden.
Ferner kann, da der Laser eine schnelle Umformprozess eine Synchronsteuerung sein, um eine Legierungszusammensetzung und Mikrostruktur bilden, und damit die Reparaturstelle Komponenten steuern kann, Gewebeeigenschaften des reparierten Bereich und Teile des Körpers zu machen gleich bleibt, wodurch die inhärenten Eigenschaften Element wiederherzustellen. Able enormen wirtschaftlichen und Zeit zu sparen Verlust, sondern auch die Nutzung der Ressourcen im Einklang mit kostengünstigem, Strategien für nachhaltige Entwicklung verbessern.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Helikopterindustrie erlebt als wichtiger Teil der Luftfahrtindustrie einen raschen Wandel, und es gibt keine dauerhafte und dauerhafte Lösung, um die Branche größer und stärker zu machen: Nur durch die ständige Stärkung von Forschung und Entwicklung kann der Entwicklungstendenz gefolgt werden Mächtiger Wald.Laser Rapid Prototyping-Technologie brachte große technische Vorteile wird die Entwicklung von fortschrittlichen Fertigungstechnologie führen.Hubschrauber beweglichen Teile Herstellung Technologie Hubschrauber Herstellung Unternehmen ist die Verkörperung der Produktionskapazität, von den Kosten, Effizienz, Qualität, die Verwendung von Laser-Rapid-Prototyping-Technologie, um die Herstellung und Reparatur von Komponenten mit großen technischen und wirtschaftlichen Vorteile, als die zukünftige Entwicklung von beweglichen Teilen Fertigungstechnologie Priorität zu bewegen.