Con la amplia aplicación de diseño digital y tecnología de fabricación, el desarrollo de productos basado en modelo CAD se ha convertido en el modelo principal en la industria de fabricación de aviación, donde el modelo CAD y el material en blanco, que generalmente se basan en piezas, se obtienen eliminando material o deformación Modelo CAD Geometría ha sido la entidad parte Aunque este modelo ha jugado un papel muy importante en la promoción del progreso de la fabricación aeronáutica, los años de práctica industrial también han demostrado que es un trabajo muy lento y técnicamente desafiante, especialmente para Desarrollo de componentes de aleación de titanio que requieren un alto rendimiento, una estructura compleja y que se utilizan ampliamente en la industria de la aviación.
En respuesta a esta situación, hay una revolucionaria tecnología de fabricación digital - la tecnología de la tecnología láser rápida de prototipos para romper el modo tradicional de deformación de la retirada de material o de fabricación, usando 'discreta + acumulación' de aditivo pensamiento de fabricación, a un paso del modelo CAD completar la fabricación de componentes, sin necesidad de moldear la geometría compleja del ciclo de procesamiento ilimitado, corto, bajo coste de fabricación, altamente flexible, el rendimiento integrado y otras ventajas significativas. esta tecnología desde su creación en la década de 1990, se convirtió rápidamente en poder aéreo prioridades que compiten un desarrollo avanzado la tecnología de fabricación.
A medida que el poder aéreo, los Estados Unidos dirigió el desarrollo de esta tecnología de fabricación avanzada, e implementar aplicaciones de investigación e ingeniería de piezas estructurales de aviones de aleación de titanio de la fabricación rápida de prototipos láser. Actualmente, láser de tecnología de prototipado rápido se ha convertido en un americano armas de defensa aeroespacial y equipos de gran titanio Aleación de partes estructurales de la tecnología de fabricación del núcleo.
En el F / A-18E, F22 y F35 aviones de combate avanzados, un gran número de estructuras de paredes finas, estructuras y cavidades complejas rigidizador de titanio materiales, acero inoxidable, etc., están utilizando esta tecnología. Profesor TRANSACCIONES en la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing el equipo de investigación se rompió a través de componentes grandes y complejos de la aleación de titanio del material con láser, de acero de ultra alta resistencia y otras tecnologías de prototipado rápido, y aplicaciones de ingeniería se ha realizado con éxito.
El equipo del profesor Wang, en virtud de 'láser 3D tecnología de prototipado rápido' ganó el primer premio del equipo de investigación de Tecnología invención. El profesor Huang Weidong Universidad Nacional del Noroeste de creación rápida de prototipos láser teoría, la tecnología y la aplicación de la tecnología para llevar a cabo una gran cantidad de trabajos de investigación. Actualmente, La tecnología de prototipado rápido por láser ha sido capaz de producir el cojinete principal de los componentes de la aviación, la mayor parte del área de proyección ha alcanzado 12m2 y la utilización de material en más del 70%.
Principios de la tecnología de prototipado rápido de láser, pasos clave y ventajas
En principio, el prototipado rápido con láser rompe la idea de procesamiento convencional de "eliminación o deformación de material" y utiliza el principio de "aditivo" para dar forma a la pieza, que utiliza el láser con concentración de energía, control sencillo y energía industrial de bajo costo Las ventajas del control preciso y el control de la velocidad de la luz láser, para lograr la acumulación fina y el procesamiento de materiales para crear rápidamente complejos componentes metálicos de alta densidad.
proceso principal y paso clave en la rápida creación de prototipos láser: primer modelo CAD para cortar parte, la parte de la malla por un perfil de espesor datos 2D en capas en una serie de imagen gris ordenador-como discreto; entonces, sobre la base de generador de datos de contorno NC conductor puede controlar el movimiento del láser, conduciendo de este modo el láser desde la parte inferior hasta la capa de depósito de la capa de polvo de metal de chapado; finalmente obtenida denso, de alto rendimiento 'cerca-net-forma' partes del flujo de fabricación rápida de prototipos completa láser mostrado en la Fig. .
Figura 1 Proceso de maduración rápida del láser
Para rebanar problema CAD modelo de láser rápida de prototipos en, Hou fue presentada aristas de la silueta del algoritmo de intersección rápidas basadas superar el problema de la singularidad del algoritmo clásico. Ma Liang, que de acuerdo con el modelo de información STL geométrica de facetas triangulares, combinado con rodajas espesor, establecer una matriz de paquetes, para reducir el número de intersección y el número de facetas triangulares atravesados por la construcción de relación topología dinámica entre las facetas triangulares parciales.
Intersección Esta técnica basada en los clásicos algoritmos de gráficos por ordenador para completar rápidamente la imagen generada mediante la optimización del número de capas que atraviesan las facetas triangulares. En general, CAD rodajas modelo y esquema de generación de datos basado en el algoritmo de piloto más maduro, y la posterior El proceso de revestimiento con láser implica complicados problemas físicos, químicos, mecánicos y metalúrgicos, que es un problema difícil que restringe el desarrollo y la aplicación de la tecnología de prototipado rápido de láser.
Investigación y estado de aplicación quo
Organización interna y mecanismo de formación de defectos
El proceso de prototipado rápido de láser se puede describir como:
◆ zona de revestimiento láser se suministra continuamente a las masas fundidas de metal en polvo, es decir, bajo la acción de un rayo láser, la refusión sustrato o capa anterior revestimiento localizado, de aleación y fundir mixta;
◆ flujo de masa fundida de metal en la piscina hasta que la temperatura dentro de la piscina tiende a ser constante y la composición de aleación de fusión tiende a ser uniforme;
◆ A medida que el contorno cambia, la masa fundida en la piscina móvil se solidifica rápidamente y desequilibra.
El proceso anterior tiene lugar en un grupo de líquidos pequeños y de vida corta, que es un proceso de metalurgia física de corto plazo muy complejo y no equilibrado. La interacción entre el láser, el polvo metálico y el conjunto fundido se muestra en la figura 2.
Figura 2 diagrama de proceso interactivo del baño de polvo de láser
Chen et al., El uso de fotografía de alta velocidad para observar en tiempo real durante la formación y evolución de la creación rápida de prototipos láser líquido del baño. Zhang Fengying como mecanismo de formación de láser de titanio estudiado defectos rápido proceso de prototipado, defectos de porosidad dependiendo de la densidad aparente del polvo Puesto que las variaciones del proceso de prototipado rápido láser es preguntas extremadamente complejas clave de la investigación, la mala densidad de la energía de fusión del láser, y la relación entre la superposición recorrido solo multi-canal con respecto al eje Z., organización interna y el mecanismo de formación de defectos internos como miembro difícil. 'investigación' equipo de investigación y diseño de aeronaves y Shenyang Instituto de investigación de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing ha hecho un progreso sustancial en este campo, rompiendo la deformación parte, grietas prevención y el control de calidad interno y otros problemas.
Simulación y simulación del proceso de formación
Con el fin de obtener componentes, de alta calidad estable, la ley de formación de captar con precisión la organización interna y proceso de formación rápida defectos láser interna, los parámetros del proceso de formación y la formación de la simulación de procesos y optimización mayor énfasis.
Jia Wenpeng otra técnica que utiliza la simulación de elementos finitos de la piscina fundida muerte formado durante la deposición y la forma de la evolución de la superficie libre y la capa de revestimiento, una temperatura interfacial de las partículas de polvo para simular las condiciones reflejan la pérdida de impulso de la bañera y medios para la captura de partículas en el polvo, y Modelo de seguimiento de partículas LAGRANGIAN para lograr el seguimiento de las partículas de polvo.
Ma Liang et basado en el ANSYS, se establece campo de temperatura, el modelo de elementos finitos paramétrica del campo de tensión formado por el desarrollo secundario de la tecnología láser por una unidad móvil y la tecnología de código muerte, campo de tensión térmica láser durante la simulación de moldeo, el precisa calculado en base a la evolución del campo de temperatura, reveló la zona causa estrés térmico campo plástico compresión, la zona plástica de estiramiento, descargando zonas.
Tan Hua et al características de la tecnología láser para la creación rápida de prototipos, estudian el sistema de control de bucle cerrado basado en el principio de la supervisión en tiempo real para ajustar los parámetros del proceso para lograr componentes de alto rendimiento y alta calidad, y discutieron el sistema de control de dirección adicional desarrollo de seguimiento y de bucle cerrado .
Estado de la aplicación de prototipos rápidos de láser
Como tecnología transformadora, la tecnología de prototipado rápido de láser es principalmente para piezas que están en alta demanda, complejas en complejidad y difíciles de procesar o material eliminado. En la figura 3 se muestran dos accesorios de aleación de titanio de aviones F-22 en los Estados Unidos. Utilizando la tecnología de prototipado rápido láser, el rendimiento general de los métodos de procesamiento tradicionales ha mejorado mucho y los costos de fabricación se han reducido en un 20% -40%, el ciclo de producción también se ha reducido en un 80%.
Figura 3 piezas de aleación de titanio de prototipado rápido láser F-22
Universidad de Aeronáutica y Astronáutica y el Grupo de Industria de Aviación de China Beijing se estableció en la empresa láser aviones, láser rápida industrialización de prototipos de la tecnología resultados de la investigación. El proyecto en el mundo por primera vez rompió el láser de formación de aleación de titanio aviones proceso de gran estructura portante principal general, las propiedades mecánicas de control, equipos de ingeniería, normas técnicas han tenido éxito en una serie de modelos de aviones para llevar a cabo aplicaciones de ingeniería. la figura 4 es la primera demostración pública de láser rápida de prototipos de grandes piezas de titanio de un cierto tipo de tecnología de fabricación de aviones.
Después de años de investigación en profundidad, el profesor Huang Weidong Universidad Politécnica del Noroeste en tecnología láser rápida de prototipos también ha logrado excelentes resultados. Laser muestra en la Figura 5 la tecnología de creación rápida de prototipos para producir a gran escala parte de aleación de titanio del miembro principal de soporte de carga es un cierto tipo de máquina.
Análisis de aplicación de fabricación de helicópteros
● fabricación rápida de piezas móviles
Fabricación El sistema de rotor principal de un rotor de helicóptero ascensor dados, rollos y del rotor de cola del plato oscilante ( "elemento móvil" colectivamente) es la piezas de cojinete principal elemento móvil helicópteros de tecnología de núcleo fabricados, estructura complicada, pobre entorno de trabajo, se requiere alta resistencia a la fatiga, y el material y la pluralidad de alta temperatura de la aleación de titanio TB6 materiales difíciles. Si el láser fabricación de tecnología de prototipado rápido, hay una propiedades mecánicas equivalentes o superiores.
Además, el prototipado rápido de láser tiene las ventajas de la complejidad geométrica ilimitada, independiente del molde, corto ciclo de producción y alta utilización del material, especialmente adecuado para los cambios de diseño de las piezas móviles. Por lo tanto, la tecnología de prototipado rápido láser para la fabricación de helicópteros De las partes móviles para mejorar las propiedades mecánicas dinámicas de los componentes, reducir los costos de fabricación y acortar el ciclo de desarrollo es de gran importancia.
● Reparación rápida de piezas móviles
Helicóptero elemento móvil es importante para el miembro de recepción, recibiendo una fuerza centrífuga realización de cuchilla momento que empuñan, momento vibración excesiva, etc. Por lo tanto, el elemento móvil es el elemento móvil costoso más probable que se desgaste helicóptero miembro., Los defectos se producen una o defecto, debe ser reemplazado por completo, podría causar cientos de miles, incluso millones de pérdidas.
El prototipado rápido es una fabricación aditiva punto por punto, por lo que solo las partes defectuosas como sustrato especial, la reconstrucción geométrica del sitio del defecto, la reconstrucción de la geometría de la capa de corte y finalmente el uso de tecnología de prototipado rápido láser pueden reparar rápidamente Partes Debido a que la capacidad de control de la energía del láser en el tiempo y el espacio y la densidad de potencia es mucho más alta que en otras fuentes de energía industriales, se puede minimizar el efecto adverso del proceso de calentamiento de la reparación en las piezas reparadas.
Además, puesto que el láser proceso de formación rápida puede ser un control síncrono de formación de una composición de aleación y la microestructura, y por lo tanto puede controlar los componentes de la zona de reparación, tejido haciendo propiedades de la zona reparada y partes del cuerpo sigue siendo el mismo, de este modo restaurar el miembro de propiedades inherentes. Capaz de ahorrar gran cantidad de tiempo económico y pérdida, sino también a mejorar la utilización de los recursos, en línea con bajo costo, las estrategias de desarrollo sostenible.
Conclusión y Perspectiva
Como parte importante de la industria de las flores industria de la aviación, la industria del helicóptero está experimentando cambios rápidos. Para ampliar y fortalecer la industria, no hay una solución mágica sólo se siga fortaleciendo la investigación y el desarrollo, con el fin de cumplir con la tendencia de desarrollo de soporte Lin fuerte tecnología láser rápida de prototipos trae tremenda ventaja tecnológica conducirá al desarrollo de la tecnología de fabricación avanzada. helicóptero partes tecnología de fabricación en movimiento se refleja en el desarrollo de las capacidades de fabricación de la compañía de helicópteros, desde en términos de coste, la eficiencia, la calidad, la adopción láser de tecnología de prototipado rápido para la fabricación y reparación de piezas móviles tiene grandes ventajas técnicas y económicas, como una prioridad en las futuras partes móviles dirección de desarrollo de tecnología de fabricación.