CADモデルに基づいて、広範囲のデジタルデザインと製造技術の応用、製品開発が主流モデル航空製造業となっていると。このモードでは、通常、部品や材料のブランクのCADモデルに基づいて、得られた材料の除去や変形の仕方によって航空業界の進歩のこのパターンは、促進する上で大きな役割を果たしてきましたが、CADモデルのジオメトリは。エンティティの一部であったが、数年前にも工業的には、これは特にために、非常に時間がかかり、作業の高い技術的な難易度であること高性能で複雑な構造を必要とするチタン合金部品の開発、航空業界で広く使用されている。
このような状況を受けて、革新的なデジタル製造技術がある - レーザーラピッドプロトタイピング技術の技術は、添加剤の製造思考の「離散+の蓄積」を使用して、材料や製造の除去の変形の伝統的なモードを破るために、CADモデルからの一歩は、空軍力の競合優先事項となった迅速、1990年代の創業以来、無制限の、短い処理サイクル、低製造コスト、柔軟性の高い、統合されたパフォーマンスおよびその他の重要な利点。この技術の複雑な形状を成形する必要はありませんし、部品の製造を完了高度な製造技術の開発。
エア・パワーとして、米国は、この高度な製造技術の開発を主導し、レーザーラピッドプロトタイピング製造のチタン合金の航空機構造部品の研究と工学のアプリケーションを実装しています。現在、レーザーラピッドプロトタイピング技術は、大型チタンのアメリカ航空宇宙防衛武器や装備となっています合金部材を製造するための中核技術の一つ。
F / A-18E、F22とF35に高度な戦闘機、薄肉構造、複雑な構造や多数のキャビティが材料のチタンを補強材、ステンレス鋼など、この技術を使用している。取引航空宇宙の北京大学の教授と航天研究チームは、正常に実行された大規模で複雑なレーザー材料のチタン合金の部品、超高強度鋼や他のラピッドプロトタイピング技術、エンジニアリングアプリケーションを突破しました。
「3Dレーザーラピッドプロトタイピング技術」のおかげで、教授王氏のチームは、ラピッドプロトタイピングレーザー理論、技術と研究の多くの作業を行うための技術の応用のための国家技術発明。教授黄weidongとノースウェスタン大学の研究チームの最初の賞を受賞しました。現在、レーザーラピッドプロトタイピング技術は、12平方メートルに達し、70％の材料利用の上方た、航空宇宙主耐荷重部材を製造することができた部分の最大投影面積で作られています。
レーザーラピッドプロトタイピング技術の原則、利点と重要なステップ
原理的には、レーザーラピッドプロトタイピング技術ブレーク成形部品の添加「原理「又は除去材料の変形 'が使用して、従来の処理を考え」。レーザの使用は、エネルギー集中技術、制御が容易で、工業用低エネルギーコストを有します利点は、レーザ光の正確な調節及び制御することにより、急速に高密度複合金属部材の製造、微細かつバルク材料の処理を実現します。
離散的なコンピュータのようなグレー画像のシリーズに一部をスライスするための最初のCADモデル、メッシュの一部の厚さプロファイル階層化2Dデータによって、次に、アウトラインデータ生成に基づいてメインプロセスおよびラピッドプロトタイピングレーザーの重要なステップNCドライバは、これにより、クラッド金属粉末の層堆積によってボトムアップ層からレーザを駆動するレーザの動きを制御することができ、最終的に「ニアネットシェイプ」図1に示す完全レーザーラピッドプロトタイピング製造フローの部分緻密、高性能を得ます。 。
図1レーザー急速熟成プロセス
問題CADモデルレーザーラピッドプロトタイピングをスライスするために、侯は前方古典アルゴリズムの特異点の問題を克服基づく高速交差点アルゴリズムシルエットエッジを入れた。スライスと組み合わせた三角形の面の幾何情報のSTLモデルに従って馬梁、厚さは、交差点の数と部分三角形ファセット間の動的トポロジ関係を構築することによって横断三角形のファセットの数を減らすために、パケットのマトリックスを確立します。
一般的に、CADモデルのスライシングと輪郭データに基づくドライバ生成のアルゴリズムは比較的成熟しており、このアルゴリズムは、レーザクラッディングプロセスは複雑な物理的、化学的、機械的および冶金的問題を伴い、レーザラピッドプロトタイピング技術の開発および適用を制限する困難な問題である。
研究と応用の現状
内部組織と欠陥形成メカニズム
レーザーラピッドプロトタイピングプロセスは以下のように記述することができます。
金属粉末溶融のレーザークラッディング領域への連続的な供給、すなわちレーザービーム、基板または局所再溶融クラッディング層の前の層の作用下で行われ、合金溶融物中に混合される。
プール内の温度が一定になる傾向があり、溶融合金組成が均一になる傾向があるまで、プール中の金属メルトフロー;
◆アウトラインが変わると、動いているプールの溶融物がすぐにバランスを失います。
上記のプロセスは、非常に複雑な非平衡短時間物理的冶金プロセスである短寿命の液体プール内で行われます。レーザー、金属粉末と溶融プールの相互作用を図2に示します。
図2レーザー、粉末浴対話プロセス図
Chenら、高速撮影を使用して浴液レーザーラピッドプロトタイピングの形成および進化の過程をリアルタイムで観察した。張Fengyingを形成機構検討チタンレーザーラピッドプロトタイピングプロセスの欠陥のような、多孔性欠陥は、粉体の嵩密度に依存しますレーザーラピッドプロトタイピングプロセス変動は極めて複雑な重要な研究の質問を、貧弱な核融合エネルギーレーザの密度、及びZ軸回りの重複マルチチャネル単一旅行の間の比である。メンバーのような内部欠陥の形成、内部組織及び機構難しい。「研究」の研究チームと瀋陽の航空機の設計および航空宇宙の北京大学の研究所では、予防と内部品質管理やその他の問題を割れ、部品の変形を破って、この分野における実質的な進歩を遂げました。
成形プロセスのシミュレーションとシミュレーション
安定した、高品質の部品を得るために、形成法が正確内部組織と内部欠陥レーザ急速成形プロセス、成形プロセスパラメータ及び形成プロセスのシミュレーションと最適化の増加重点を把握します。
条件をシミュレートするために、堆積及び自由表面の進化とクラッド層の形状中に形成される死溶融プール、粉末粒子の界面温度の有限要素シミュレーションを用いて甲Wenpeng他の技術は、粉末中の粒子の捕捉のためのバス手段の運動量の損失を反映し、そしてLAGRANGIAN粒子追跡モデルを用いて粉末粒子の追跡を達成する。
シミュレーションを成形する時、移動ユニットと死ソース技術、レーザ熱応力場によってレーザー技術の二次開発することによって形成された応力場のANSYS、温度場が確立され、パラメトリック有限要素モデルに基づいて馬梁ら、正確な温度場の進化に基づいて計算し、それがゾーンをアンロードする原因熱応力場のプラスチック圧縮ゾーン、プラスチック延伸ゾーンを、明らかにしました。
ラピッドプロトタイピングのためのレーザー技術のタンホアら特性、高性能・高品質のコンポーネントを達成するためにプロセスパラメータを調整するリアルタイム監視の原理に基づいて、閉ループ制御システムを研究し、そしてさらなる発展方向の監視および閉ループ制御システムを議論。
レーザーラピッドプロトタイピングのアプリケーションステータス
革新的な技術として、レーザーラピッドプロトタイピング技術は、需要が高く、複雑で、加工や材料除去が困難な部品を中心に開発されており、米国F-22航空機の2つのチタン合金継手が図3 、レーザーラピッドプロトタイピング技術を使用して、従来の処理方法よりも全体のパフォーマンスが大幅に改善され、製造コストが20％〜40％削減され、生産サイクルも80％短縮されました。
図3 F-22レーザーラピッドプロトタイピングチタン合金部品
北京航空航天大学と中国航空工業グループは、航空機レーザー会社、研究成果の技術のレーザーラピッドプロトタイピングの工業化に設立されました。初めての世界でのプロジェクトは、プロセスの航空機チタン合金大きな全体の主な耐荷重構造を形成するレーザーを突破したが、機械的特性制御、工学機器、技術基準は、エンジニアリングアプリケーションを実行するために航空機のモデルの数に成功している。図4は、大規模なチタン部品航空機製造技術の特定のタイプのレーザーラピッドプロトタイピングの最初の公開デモンストレーションです。
綿密な研究の年後に、教授黄weidongと西北工業大学はレーザでラピッドプロトタイピング技術は、優れた結果をも達成した。レーザーは、大規模なチタン合金を製造するために、図5ラピッドプロトタイピング技術に示すメイン耐荷重部材の一部は、機械の特定のタイプです。
分析のヘリコプター製造業
●迅速な製造可動部材
ヘリコプターローターリフトシステムメイン推進ダイス、テールローターダイス、自動チルト（総称して「可動部品」といいます）製造は、ヘリコプター製造の中核技術です。主要な耐荷重部品、複雑な構造、悪い作業環境、高い疲労強度、および材料を加工するのが困難なTB6チタン合金や高温合金などの材料のほとんど。レーザーラピッドプロトタイピング技術を使用すると、全体的な機械的特性がかなりまたはより良好です。
さらに、レーザーラピッドプロトタイピング技術は依存先天型、無制限、短い生産サイクルの幾何学的な複雑さの部品、特にデザインの変化に応じて可動体に対して高い素材利用利点はない。したがって、レーザー技術の使用は、ヘリコプターラピッドプロトタイピングを製造しますコンポーネントの動的機械的特性を改善するための可動部品のうち、製造コストを削減し、開発サイクルを短縮することは非常に重要です。
●可動部品のクイックリペア
ヘリコプター可動部材等ブレード振り回すモーメント、シミーモーメントを、導電性遠心力を受け、受け部材に重要であるこのように、可動部材は、部材のヘリコプターを着用する可能性が最も高い。高価な可動部材であり、欠陥が一度発生又は欠陥は、完全に交換する必要があり、数十万人、損失百万ものを引き起こす可能性があります。
レーザーラピッドプロトタイピング技術点別添加物の製造、それは単に欠損部位の形状再建に特別な欠陥部分行列として見られている、幾何学上の、そして最終的にレーザーラピッドプロトタイピング技術によって区分さの層状の復興素早く修復しますエネルギーの制御性の空間的および時間的分布に起因するレーザーエネルギー及び電力密度の部分が他の産業よりもはるかに高く、部品を修復するための修復の加熱処理の影響を最小限に抑えることができます。
レーザ急速な形成プロセスは、合金組成及び微細構造を形成する同期制御であってもよく、従って修復領域コンポーネントを制御することができるので、修復領域及び身体の部分の性質を行う組織は、それによって固有の特性部材を回復、同じままである。莫大な経済的および時間を保存すること損失だけでなく、低コスト、持続可能な開発戦略に沿って、資源の利用を改善する。
結論と見通し
航空業界の花の業界の重要な一環として、ヘリコプター産業は急速な変化を経験している。産業を拡大し、強化するために、特効薬ソリューションはありませんスタンドの開発動向に対応するために、研究開発を強化していき林強いレーザーラピッドプロトタイピング技術は驚異的な技術の優位性をもたらす高度な製造技術の開発をリードします。技術の製造ヘリコプター可動部品がコスト、効率、品質、養子縁組の観点から、ヘリコプター会社の製造能力の開発に反映されていますレーザーラピッドプロトタイピング技術は、製造し、可動部品の修理は、製造技術、将来の発展方向可動部品における優先課題として、大きな技術的および経済的な利点があります。