摘要：随着社会经济的发展，我国的增材制造技术有了很大进展，并在航空铸造领域得到了广泛的应用。增材制造技术是一种兼顾精准成型和高性能的一体化制造技术，其产品因生产周期短、成本低和复杂结构构件制备等方面的优势而备受关注，在多个领域都有所应用。铸造技术作为一种典型的传统工艺，在复杂结构构件和大型件制造方面也具有独特优势，即使在材料加工技术日新月异的今天也无法被取代，但铸造技术也因为长周期、复杂成型件的冶金及尺寸缺陷控制困难等因素的限制，需要谋求新的工艺发展方向。对于航空铸件而言，缩短研制周期，提高冶金质量尤为重要，本文旨在探讨增材制造技术在航空铸件制造方向的应用，将增材制造技术与传统的铸造技术进行深度融合，实现航空铸件短周期、低成本、高性能、精确成型和功能优先设计。
关键词：增材制造；树脂模；模具；航空铸造；铸件
引言
增材制造技术又称为快速成形技术、3D打印技术，具有原材料利用率高、无需夹具、成本低、从产品设计到成品加工过程周期短等特点，在材料加工、传统制造业以及航空航天精密复杂部件中广受青睐，具有良好的应用前景，也成为时下高校、研究院研究热点之一。铜合金因其良好的导电、导热、铸造以及抗腐蚀性能，在电力、航空航天、电子等行业应用广泛。随着产品市场周期的缩短、技术水平的提升以及绿色环保理念不断地深入人心，对产品的加工工艺、加工成本、环保性都有了更高的要求。传统制造技术在这方面有很大的局限性，而增材制造技术具有明显优势，铜合金增材制造技术成为研究热点之一。
1增材制造国内研究现状
从上世纪90年代开始，国内上海交通大学、南京航空航天大学、清华大学、西安交通大学、大连理工大学、西北工业大学、北京航空航天大学、华南理工大学、华中科技大学、湖南华曙高科技有限责任公司、中国工程物理研究院等高校、研究构开展了对其的研究:如华中科技大学研究了LOM加工机理，在成形机和成形材料取得一系列成绩;清华大学则开展了对基于SL加工工艺的模具研究;西安交通大学自主研发了金属喷涂技术与设备，可制造出极薄(最薄0．8mm)的叶片原型，以及紫外光固化快速成型机系列。西北工业大学教授黄卫东自1995年开始，在国内创造性地提出“激光立体成形”，研制第一台商用化装备，开创了国内的先河。北京航空制造工程研究所的关桥院士提出航空特种焊接及连接技术与广义增材制造的理念。强调其使用的能源和材料将更广泛。北京航空航天大学的教授学者王华明研制的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光束成形技术”获国家技术发明一等奖。
2增材制造技术在航空领域的应用
随着飞行器不断向高性能、高可靠性、低成本方向发展，越来越多的航空部件趋向于高强度、轻量化、复杂化，从而推动了增材制造技术在航空领域的应用。金属高性能增材制造技术具有无模具、快速、低周期、全致密近净成型和高性能的特点，使其首先在航空领域率先获得应用，随后，聚合物增材制造技术也开始应用于航空领域。尽管增材制造技术因具有精确成型、无模具、周期短、高性能等优势已在航空领域显示了广阔的应用前景，但是，其适用的材料范围还主要是金属材料构件的制备，且在精度控制、内部缺陷控制、高性能、标准化检测等方面还需要进一步完善。
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3增材制造技术在航空铸造方向应用存在的问题
要实现增材制造技术在航空发动机中的工程化应用，亟需解决原材料制备、成形工艺过程管控、成形零件质量控制、评估以及工程化标准等若干问题。总体来说，增材制造技术在航空铸造的各个方面均有自身的特点优势。增材制造技术虽然可以在理论上得到绝对的高精度，但要在实际生产过程中得到较高的成型精度，在技术上需要研究、控制的问题仍然很多。成型精度是指成型制件的精度，包括尺寸精度、形状精度和表面精度，即产品在尺寸、形状和表面相互位置三个方面与设计要求相符的程度。尺寸误差是指成型制件与CAD模型相比较，在x、y、z三个方向上尺寸的相差值；形状误差主要包括翘曲变形、扭曲变形、局部缺陷和椭圆度误差等；表面精度主要包括表面粗糙度和由叠层累加而产生的台阶误差。影响快速成型原型精度的因素有很多，主要有前期数据处理误差、成型加工误差、后处理误差三个方面。若要想增材制造技术取得理想效果，如何控制各个环节的误差是今后研究的一个重要方向。其次，成分分布和凝固组织特征及其形成机理研究对于提高合金性能具有重要意义。另外，由于区别于传统的铸造技术，增材制造技术的高能束、快冷速等制造特点还使其容易产生内部缺陷。因此，成分分布和凝固组织特征及形成机制、构件内部缺陷的形成机理和控制方法、内部缺陷对性能的作用机制及检测方法也是重要的研究方向。此外，增材制造技术仍受到原材料种类、原材料成本、设备成本的限制，在我国仍不能被广泛应用。但增材制造技术作为21世纪一项迅速发展的新技术，其具有的独有优势是显而易见的，克服各种限制，使快速成型技术更广泛地服务于生产，制造出高精度、高质量、低成本的铸件是未来研究的方向。
4增材制造发展趋势
前年第二季度处成立了全国增材制造标准委员会;研究制订增材制造工艺、装备、材料、数据接口，产品质量控制与性能评价等行业及国家标准，开展质量技术评价和第三方检测认证，促进增材制造技术的推广应用。同年10月中国增材制造产业联盟成立，同年12月国家批准筹建国家增材制造创新中心和国家增材制造质量检验中心。2017年12月13日，工业和信息化部、发展改革委、教育部、公安部、财政部、商务部、文化部、卫生计生部、海关总署、质检总局及知识产权局等十二部门联合发布了《增材制造产业发展行动计划(2017－2020)》此外，北京市、陕西省、辽宁省、福建省、湖北省，黑龙江省等地也纷纷出台促进产业发展的相关意见，指导当地的发展。随着社会与科学技术的发展，目前环境和能源是当今社会发展的主要因素。如果在增材制造产业方面取得有效成果和突破，将对我国的国民经济发展起到重要推进作用，为实现绿色可持续发展提供保证。
结语
综上所述，增材制造技术具有无模具、数字化、复杂化、精确成型、高性能、短周期等特点，可以满足航空构件结构效率的整体化、轻量化、复杂化、精密化、变批量快速响应和经济性的要求。相比传统铸造技术，其技术成熟度还存在较大差距。由于对增材制造过程中成型性和缺陷形成机理的研究认识还不够深入，导致构件的成型精度、表面粗糙度、力学性能等远未达到理想状态。另外，在使用材料和构件类型方面需要进一步研究，从而充分发挥增材制造技术的优点，使增材制造技术更好地服务于航空铸造领域。
参考文献
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论文作者:王翠,姚菁,杨佳壁,张宇岑
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/25
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