鈦合金3D打印已經(jīng)運用到航天航空高端領域，那么鈦合金3D打印有哪些我們不知道的工藝技術呢？

鈦合金超塑成形/ 擴散連接技術(SPF/DB)

超塑成形/擴散連接(SPF/DB)是一種把超塑成形與擴散連接相結合用于制造高精度大型零件的近無余量加工方法，在現(xiàn)代航空航天工業(yè)發(fā)展的推動下，經(jīng)過30多年的開發(fā)研究和驗證試驗，已進入了實用階段。

20 世紀70 年代早期，美國洛克威爾公司首先將超塑成形技術應用到飛機結構件制造中，使鈦合金制造工藝發(fā)生了技術變革。隨后，歐美將鈦合金SPF、SPF/DB 技術列為重點研究項目，促使超塑成形整體鈦合金結構件已獲得工程應用，并產(chǎn)生了巨大的技術經(jīng)濟效益：聯(lián)合戰(zhàn)斗機(JSF)的后緣襟翼和副翼、F-22后機身隔熱板等重要結構均采用了鈦合金超塑成形/ 擴散連接的整體結構。英國羅·羅公司采用SPF/DB 技術研制出了第二代鈦合金寬弦無凸肩空心風扇葉片，每個葉片實現(xiàn)減重35%~40%，處于世界領先地位。歐盟采用超塑成形的Ti-6Al-4V 合金高度控制儀氣瓶還應用于阿里安Ⅴ火箭，國外一些導彈上用的鈦合金蜂窩結構的翼面也采用SPF/DB技術成形。

國內對SPF/DB技術的研究開始于70 年代末，經(jīng)過30 多年的發(fā)展，我國SPF/DB 技術取得了很大的進步。近年來，我國新機研制及改進機型中，前緣襟翼、鴨翼、整體壁板和腹鰭等大尺寸鈦合金構件采用SPF/DB技術。針對航天型號對金屬防熱結構的需求，航天材料及工藝研究所開展了鈦合金波紋板SPF 技術研究，成功制備出TC4 鈦合金防熱瓦等熱結構部件。

SPF/DB 應用于航空航天具有兩方面的優(yōu)勢，一方面是滿足航空航天復雜幾何形狀零件的要求，另一方面可以不用接頭(緊固件或鉚釘?shù)?獲得整體結構。SPF/DB 技術的應用方向為：大型結構件、復雜結構件、精密薄壁件的超塑成形；高速超塑成形技術的研究與開發(fā)。SPF/DB 技術應用表明：盡管鈦合金成本高，但成本效益、可靠性、長壽命和重量輕量化對航空航天的吸引力更大。

鈦合金精密旋壓技術

旋壓成形技術制造的薄壁回轉體殼體構件解決了在車削加工時存在的剛度低、顫動大、加工精度低等技術問題或根本無法加工的技術難題，應用于航天領域具有諸多優(yōu)勢。

美國強力旋壓生產(chǎn)的φ3900mm大型導彈殼體，徑向尺寸精度達到0.05mm，表面粗糙度R a 為1.6~3.2μm，壁厚差≤0.03mm。美國鈦制造公司采用1.5m 立式旋壓機旋壓φ 1524mm 的Ti-6Al-4V鈦合金導彈壓力容器封頭，每個封頭的旋壓時間為5min。民兵洲際導彈第二級固體發(fā)動機殼體采用了Ti-6Al-4V 鈦合金，并用強力旋壓成形，成形后的鈦合金殼體重量減輕30%。圍繞航天型號對輕質、高強、大型化航天需求，德國MT 宇航公司采用旋壓工藝制備出φ 1905 mm 的高強Ti-15V-3Cr合金推進系統(tǒng)貯箱，并應用于歐洲阿爾法通信衛(wèi)星巨型平臺，實現(xiàn)了衛(wèi)星平臺的大幅度減重、增加有效載荷。

我國的旋壓工藝與設備的研究源于60 年代初期，鈦合金的旋壓研究始于上世紀70 年代，經(jīng)過40 多年來的發(fā)展，基本形成了從設備的研制到工藝開發(fā)一套成熟的體系。國內航天所用鈦合金及旋壓制品，如火箭發(fā)動機外殼、葉片罩、陀螺儀導向罩、內蒙皮等，Ti8Al1Mo1V 高鈦合金用于發(fā)動機葉片熱處理強化鈦合金旋壓成形；TB2 鈦合金用于小型噴管旋壓等。

中國航天科技集團公司第703 研究所采用普旋與強旋相結合的技術，以TC3、TC4 2 種鈦合金板材為坯料，熱旋壓制備出了2 種鈦合金半球形(φ 內522mm×2.0mm)、圓柱形儲箱殼體(φ 163mm×2.0mm×200mm 的杯形件，φ 163mm×2.0mm×360mm 及φ 112mm×6.0mm×1000mm 的筒形件)。

近幾年來，隨著計算機模擬技術的發(fā)展，數(shù)值模擬已廣泛應用于金屬部件旋壓成形過程的分析。航天材料及工藝研究所對TC4筒形件進行了計算機模擬，分析了旋輪攻角、旋輪運動軌跡、普旋道次等工藝參數(shù)對旋壓成形的影響規(guī)律，成功旋制了高深徑比的TC4 鈦合金筒形件。盡管鈦合金精密旋壓技術為航天領域提供了各類合金普旋成形高深徑比旋壓件，但從零件的工程化應用和旋壓成形的復雜性分析，還需進一步加強?？偟膩碚f，旋壓技術在國內航天工業(yè)獲得廣泛應用，但大直徑、薄壁整體鈦合金熱旋壓成形工藝尚無應用實例，直徑2.25 m 貯箱箱底整體旋壓技術、直徑5 m 低溫貯箱箱底瓜瓣成形、鈦合金及高溫合金復雜結構件成形等技術還處在工藝摸索階段。

鈦合金激光直接快速成形技術

自20世紀90年代開始，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，激光直接制造技術逐漸成為制造領域研究的熱點。激光直接快速成形技術中有2 種方法可以用于直接制造金屬零件，即區(qū)域選擇激光熔化(SelectiveLaserMelting, SLM)技術和近凈成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)技術。國外有關大型鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究主要集中在美國。美國AeroMet公司在2002~2005 年間實現(xiàn)了激光直接快速成形鈦合金結構件在飛機上的應用。2001 年Aero- Met 公司開始為波音公司F/A-18E/F 艦載聯(lián)合殲擊/ 攻擊機小批量試制發(fā)動機艙推力拉梁、機翼轉動折疊接頭、翼梁、帶筋壁板等機翼鈦合金次承力結構件。2002 年制定出了“Ti6Al4V鈦合金激光快速成形產(chǎn)品”宇航材料標準(ASM 4999)并于同年在世界上率先實現(xiàn)激光快速成形鈦合金次承力結構件在F/A-18 等戰(zhàn)機上的驗證考核和裝機應用。在航天領域，NASA 馬歇爾航天飛行中心(NASA’s Marshall Space FlightCenter in Huntsville,Ala。)于2012 年將選區(qū)激光熔化成形技術應用于多個型號航天發(fā)動機復雜金屬零件樣件的制造。激光直接快速成形技術還常常被用于鈦合金零件或者模具的修復。

我國鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究，從2001 年開始一直受到政府主要科技管理部門的高度重視，在飛機、發(fā)動機等鈦合金結構件激光快速成形制造工藝研究、成套裝備研發(fā)及工程應用關鍵技術攻關等方面取得了較大進展。

采用激光直接快速成形技術制造航空航天用的整體鈦合金結構件具有材料利用率高、加工余量小、周期短和柔性高等優(yōu)點。但激光快速成形過程中零件變形開裂預防，內部質量(內部缺陷、晶粒及顯微組織等)及力學性能控制依舊是制約大型整體鈦合金關鍵結構件激光直接快速成形技術發(fā)展和應用的技術瓶頸。

結束語綜合所述，鈦合金精密熱成形技術在獲得不斷進步的同時，也遇到了一些技術難題，大型整體鈦合金構件的工程化應用范圍還比較小，但隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鈦合金精密熱成形技術必定步入一個新的發(fā)展期，鑒于鈦合金和精密熱成形技術的突出優(yōu)點，二者的結合在未來航空航天工業(yè)中的貢獻作用將更為顯著，今后其主要發(fā)展方向是：

(1)大型或者超大型復雜(薄壁)結構件的整體精密成形、低成本、工程化應用；

(2)計算機模擬(仿真)技術、CAD/CAM技術、數(shù)控技術等與精密成形技術的結合，為航空航天新構件的成形提供技術途徑。