Con lo sviluppo di una protezione leggera e robusta, danni elevati, informatizzazione e intelligence di armi e attrezzature, la struttura e la funzione delle loro parti e componenti stanno gradualmente diventando più complesse e diversificate nella struttura e nella funzione. I tradizionali processi di fusione, forgiatura e saldatura sono difficili da soddisfare i requisiti della produzione e delle esigenze di riparazione. Il rapido sviluppo della tecnologia di produzione additiva dei metalli negli ultimi anni ha fornito nuovi metodi per la produzione e la riparazione di componenti complessi di armi e attrezzature. Rispetto ai processi di produzione tradizionali, la tecnologia di produzione additiva dei metalli non richiede stampi, può ridurre i processi di produzione, abbreviare i cicli di produzione e può ottenere una progettazione leggera e strutturalmente integrata e la produzione di componenti complessi.
Che cos'è la tecnologia di produzione additiva di metalli
La tecnologia di produzione additiva dei metalli è una tecnologia di produzione avanzata che utilizza fili metallici, barre o polveri come materie prime e viene impilata strato dopo strato secondo il percorso predeterminato dopo che il modello è stato discretizzato mediante sinterizzazione, fusione, spruzzatura, ecc., per realizzare la formazione complessiva dei componenti. Attualmente, le tecnologie di produzione additiva dei metalli utilizzate principalmente nello sviluppo di armi e attrezzature in patria e all'estero includono laser, arco, fascio di elettroni, spray freddo, tecnologia di produzione additiva per attrito, ecc.
1. Tecnologia di produzione additiva laser
La tecnologia di produzione additiva laser utilizza un laser ad alta energia come fonte di calore, fonde polvere o filo sotto la protezione di gas inerte e lo accumula strato dopo strato per realizzare la formatura diretta delle parti. La tecnologia di produzione additiva laser include la produzione additiva di polvere laser e la produzione additiva di micce laser. Tra questi, la tecnologia di produzione additiva di polvere laser è suddivisa in produzione additiva di fusione selettiva laser e produzione additiva di alimentazione di polvere coassiale laser. Rispetto ad altre tecnologie di produzione additiva, la tecnologia di produzione additiva laser, in particolare la tecnologia di produzione additiva a fusione selettiva laser, ha un'elevata precisione di formatura ed è adatta per la produzione complessiva di parti strutturali complesse e fini di armi e attrezzature. Tuttavia, la tecnologia di produzione additiva a fusione selettiva laser è limitata dalle dimensioni della camera a gas inerte e dal costo delle apparecchiature e della polvere e non è adatta per la produzione rapida ed economica di componenti complessi su larga scala. Inoltre, a causa della forte conduttività termica di materiali come le leghe di alluminio e dell'elevata riflettività del laser, è probabile che si verifichino difetti come crepe e pori durante il processo di produzione additiva di fusione selettiva del laser. Rispetto alla tecnologia di produzione additiva con polvere laser, la tecnologia di produzione additiva con fusione laser ha un tasso di deposizione rapido, un alto tasso di utilizzo del materiale, un basso costo, un'alta densità di componenti additivi e una facile conservazione dei fili, ma non è adatta per strutture fini. I materiali metallici sono difficili da preparare per parti e fili.
2. Tecnologia di produzione additiva a fascio di elettroni
La tecnologia di produzione additiva del fascio di elettroni utilizza un fascio di elettroni ad alta densità di energia come fonte di calore, fonde materiali di riempimento come fili metallici o polveri in un ambiente sotto vuoto e li deposita secondo un percorso pre-pianificato per produrre parti metalliche o pezzi grezzi. Rispetto alla tecnologia di produzione additiva laser, la tecnologia di produzione additiva a fascio di elettroni ha un tasso di deposizione rapido e può produrre metalli refrattari. Poiché viene eseguito in un ambiente sottovuoto, non solo può evitare la contaminazione dei materiali da ossigeno, idrogeno e azoto, ma ha anche un effetto di fusione sotto vuoto sui metalli. Pertanto, la tecnologia di produzione additiva a fascio di elettroni può soddisfare le esigenze della produzione additiva di metalli che sono molto attive ad alte temperature come le leghe di titanio. . Inoltre, il fascio di elettroni può scansionare rapidamente la superficie del metallo depositato per preriscaldarlo prima della successiva deposizione del metallo, riducendo lo stress residuo e la deformazione durante la produzione additiva. Rispetto alla tecnologia di produzione additiva di polvere fondente selettiva a fascio di elettroni, la tecnologia di produzione additiva di micce a fascio di elettroni ha un'efficienza di deposizione rapida, un'elevata densità dei componenti, un basso costo del materiale e un alto tasso di utilizzo ed è adatta per la produzione rapida di componenti di grandi dimensioni. Tuttavia, poiché il punto del fascio di elettroni è piccolo e l'energia è concentrata, nel processo di produzione additiva del fusibile del fascio di elettroni, quando il materiale del filo devia dall'area del punto del fascio di elettroni a causa della deformazione termica o della scarsa uniformità del diametro, è facile causare interrompere il processo di produzione additiva.
3 Tecnologia di produzione additiva con micce ad arco
La tecnologia di produzione additiva con fusibili ad arco (di seguito denominata "tecnologia di produzione additiva ad arco") utilizza filo metallico come riempitivo, fonde il filo attraverso un arco e si accumula strato dopo strato secondo un percorso prestabilito per realizzare la formatura complessiva dei componenti metallici. Simile alla saldatura ad arco, la tecnologia di produzione additiva ad arco può essere suddivisa in tecnologia di produzione additiva con elettrodo di fusione e tecnologia di produzione additiva con arco di elettrodo non fondente in base al tipo di elettrodo. Tra questi, la tecnologia di produzione additiva dell'arco di elettrodi non fondenti include due tipi di arco di tungsteno argon e arco plasma. Rispetto alle tecnologie di produzione additiva a base di polvere di laser e fascio di elettroni, la tecnologia di produzione additiva ad arco non è facile da produrre difetti come non fusi, ha un'elevata efficienza di produzione, un elevato utilizzo del materiale e bassi costi di cavi e apparecchiature ed è adatta per grandi e piccoli armi ed equipaggiamenti complessi. Produzione rapida integrale di componenti. Tuttavia, rispetto alla produzione additiva a base di polvere a laser o fascio di elettroni, la tecnologia di produzione additiva ad arco ha una precisione di produzione inferiore, richiede una successiva lavorazione meccanica ed è difficile realizzare la produzione di parti strutturali complesse e fini. Inoltre, la tecnologia di produzione additiva ad arco non è adatta per materiali metallici con scarsa capacità di deformazione plastica ed è difficile da preparare in fili.
Applicazioni di produzione additiva di metalli
Dopo decenni di rapido sviluppo, la tecnologia di produzione additiva dei metalli è stata applicata allo sviluppo, alla produzione e alla riparazione di armi e attrezzature nazionali ed estere, il che riduce notevolmente il ciclo di sviluppo e riparazione di parti complesse, riduce i costi di produzione e manutenzione e aumenta la struttura design ed efficienza. La libertà di fabbricazione migliora la capacità di combattimento tecnica completa di armi e attrezzature. Attualmente, i tipi di materiali coinvolti nella produzione e riparazione di parti di equipaggiamento di armi mediante la tecnologia di produzione additiva in metallo includono acciaio speciale, leghe di titanio, leghe di alluminio, superleghe, leghe di magnesio e leghe refrattarie.
Ricapitolare
La tecnologia di produzione additiva dei metalli offre nuove idee e opportunità per lo sviluppo di protezione leggera e resistente, danni elevati, informatizzazione e intelligence di armi e attrezzature. È stato applicato ad acciai speciali, leghe di alluminio, leghe di titanio e superleghe. La rapida produzione e riparazione complessiva di componenti complessi come leghe di magnesio e metalli refrattari hanno notevolmente migliorato le prestazioni complete di armi e attrezzature e ridotto lo sviluppo, la produzione e ciclo di manutenzione. Inoltre, la tecnologia di produzione additiva dei metalli ha realizzato con successo la progettazione e la preparazione di materiali metallici ad alte prestazioni come leghe ad alta entropia, materiali a gradiente e materiali compositi e ha ampie prospettive di applicazione nei campi della resistenza alle alte temperature, resistenza agli urti e struttura leggera di armi e attrezzature.