中国独自：レーザー粉末床融合と超高速レーザー衝撃複合「鍛造印刷」技術

南極熊紹介：2024年10月24日に開催された「第4回航空宇宙付加製造カンファレンス」で、西安航空宇宙機電智能製造有限公司（略称：西空智能製造）は、同社の最新の「鍛造印刷」技術の研究成果と航空宇宙分野への市場応用を披露しました。この技術の成功により、金属添加構造部品の機械的特性が全面的に向上しました。ある種類の航空機の0.8mm薄肉油圧ダクトを強化した後、疲労寿命が4.6倍も増加しました。

△「鍛造印刷」技術の原理南極熊によると、「鍛造印刷」技術は西空智能製造と西安交通大学が共同で開発したもので、主に従来のLPBF技術の積層造形プロセスにおける部品の内部残留応力の問題を解決します。これらの応力は、部品の変形、ひび割れ、さらには穴などの欠陥を引き起こすことがよくあります。ファイバーレーザー＋強化レーザーを使用することで、1層の積層造形と1層の強化鍛造を実現し、積層部品の応力場、構造、欠陥を正確に制御できます。そのため、「鍛造印刷」技術により、印刷部品の機械的特性が大幅に向上し、製品の品質が効果的に向上します。

△詳細レポート
結晶粒を微細化し、硬度を高め、疲労限度を改善します。報道によると、西空智能製造が自主開発した国産「鍛造印刷」設備は、印刷工程中の応力場をリアルタイムで制御する先進技術で、レーザー付加の「熱場」とレーザー衝撃の「力場」の結合により、部品成形工程における変形や割れの問題を効果的に解決するという。「鍛造印刷」装置は、添加剤に頼らず、粉末の組成を調整することなく、7075アルミニウム合金やニッケルベースの高温合金などの高融点金属材料を印刷することができます。

従来のLPBF印刷技術と比較して、この装置で印刷された7075アルミニウム合金の全体的なマイクロ硬度は20％〜40％増加し、結晶粒の微細化度は30％を超えます。熱処理されたAlSi10Mg合金と比較して、表面の未融合欠陥の大部分は鍛造印刷後に除去され、断面のマイクロ硬度は15％〜20％増加します。

変形を減らし、後処理を簡素化します。 「鍛造印刷」装置を備えたDD1レーザーモジュールは、輪郭エッジの高精度加工を実現し、サポート構造を効果的に削減または排除し、ネットシェイプ製品を実現します。同時に、積層製造プロセスにおける薄肉構造の変形を抑制します。 200×200×1mmのテストピースでのテストでは、鍛造印刷技術を使用した後、最大変形を50％以上削減できることがわかりました。

さらに、「鍛造印刷」技術は、内部の残留引張応力を圧縮応力にうまく変換することができます。たとえば、レーザー鍛造印刷された316Lの残留圧縮応力振幅は約50〜100 MPaです。サポートが少ない、またはサポートがまったくないことを実現できるため、後続の加工や熱処理の必要性が減り、製造コストと時間が削減されます。

「鍛造印刷」技術の応用方向「鍛造印刷」技術は、XK-CK300S インテリジェント監視システムを通じて印刷プロセスの全面的なインテリジェント監視を実現し、製造プロセスの信頼性と最終製品の品質管理をさらに向上させます。

今後、「鍛造印刷」技術は主に以下のような分野に応用される予定です。
● 高性能積層造形によるハイエンド機器のブレード/ディスク、ハイエンドシャフト/ギア、主要荷重支持構造の製造。
● 複雑な構造のケーシング、複雑な内部流路構造部品、燃焼室・ブースターなどの一体型部品、複雑な薄肉構造など、製造が困難な部品の積層造形。
● サポートが少なく、現場での熱処理も不要な、機敏な付加製造。
● 高性能部品用の低コスト材料（特定の単結晶ブレードに代わる等軸結晶複合冷却構造など）
●難造形材料（7075アルミニウム合金/IN738耐熱合金）の積層造形。

西空智能製造が開発した「鍛造印刷」技術は、機械特性の向上、品質の一貫性の向上、後処理要件の軽減、信頼性の向上、複雑な構造部品の印刷において非常に大きな革新推進効果があり、航空宇宙分野に新たな原動力をもたらし、この分野における国内の技術格差を埋め、国際先進レベルに到達し、この分野がより効率的で信頼性の高い方向に発展することを促進しました。

西空智能製造は、業界の専門家や同僚との綿密な交流と議論を通じて技術の向上を促進し、業界への応用プロセスを加速させることを期待していると述べた。

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