ประวัติศาสตร์การพัฒนาของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D โลหะผสมไทเทเนียมในประเทศจีน

การพัฒนาต้นในสหรัฐอเมริกา

ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่รู้จักกันดีในอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงเพียงครึ่งเดียวที่มีความหนาแน่นสูงเท่ากับเหล็กในขณะที่มีความแข็งแรงสูงกว่าโลหะผสม พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ สหรัฐอเมริกาเป็นคนแรกที่พัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D โลหะผสมไทเทเนียม ในปี 1985 ภายใต้การแนะนำของกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯเริ่มค้นคว้าเทคโนโลยีการขึ้นรูปเลเซอร์อัลลอยไทเทเนียม การวิจัยครั้งนี้ได้เปิดเผยต่อสาธารณะในปี 1992 และในปี 2545 สหรัฐอเมริกาได้ติดตั้งชิ้นส่วนเลเซอร์ไทเทเนียมอัลลอยไทเทเนียมลงบนเครื่องบินเพื่อทำการทดสอบ

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินั้นสามารถย้อนกลับไปถึงปี 1984 ได้เมื่อเทคโนโลยีแรกที่พิมพ์วัตถุ 3 มิติจากข้อมูลดิจิตอลได้รับการพัฒนา ในปี 1986 มีการเปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3D เชิงพาณิชย์เครื่องแรก ตลอดช่วงปี 1990 เทคโนโลยีและมาตรฐานการพิมพ์ 3 มิติขั้นพื้นฐานได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ใช้ในศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยีละลายผงโลหะโดยใช้เลเซอร์เพื่อ "พิมพ์" ผลิตภัณฑ์เกือบทุกรูปแบบผลิตรายการที่มีประสิทธิภาพเชิงกลสูงเหมาะสำหรับการบินและอวกาศยานยนต์การแพทย์ทันตกรรมและอุตสาหกรรมอื่น ๆ

การพัฒนาในประเทศจีน

การพัฒนาเทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ไทเทเนียมของจีนเริ่มต้นค่อนข้างช้าเริ่มต้นสามปีหลังจากการวิจัยของสหรัฐฯในปี 2538 เริ่มแรกจีนได้ติดตามผู้นำของสหรัฐฯสร้างห้องปฏิบัติการวิจัยในมหาวิทยาลัยต่างๆและสถาบันวิจัยทั่วประเทศ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ความสำเร็จของทีมเทคโนโลยีเลเซอร์ Avic (Aviation Industry of China) มีความโดดเด่นเป็นพิเศษ ในปี 2000 ทีมเทคโนโลยีเลเซอร์ของ Avic ได้เริ่มทำการวิจัย "การเชื่อมด้วยเลเซอร์ 3D อย่างรวดเร็วเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบ"

ได้รับการสนับสนุนจากการระดมทุนอย่างต่อเนื่องจากรัฐและกองทัพทีมของ Avic ได้จัดการกับความท้าทายทางเทคนิคทั่วโลกหลายปีในช่วงหลายปีที่ผ่านมา สิ่งเหล่านี้รวมถึงการแก้ปัญหาสำหรับ "ระบบป้องกันก๊าซเฉื่อย" "การกระจายความเครียดจากความร้อน" "การควบคุมข้อบกพร่อง" และ "การควบคุมการเจริญเติบโตของตาข่าย" เป็นผลให้พวกเขาสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีค่าเชิงพาณิชย์ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนขนาดสูงถึงสี่เมตรและความต้องการโครงสร้างที่มีน้ำหนักมาก

ความสามารถในปัจจุบัน

วันนี้จีนมีเทคโนโลยีและความสามารถในการใช้เลเซอร์ขึ้นรูปสำหรับส่วนประกอบโลหะผสมไทเทเนียมที่ซับซ้อนเกิน 12 ตารางเมตร ความสามารถเหล่านี้ได้รวมอยู่ในโครงการวิจัยการบินและอวกาศในประเทศหลายโครงการสำหรับต้นแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์ ปัจจุบันประเทศจีนเป็นประเทศเดียวในโลกที่มีความสามารถในการผลิตส่วนประกอบอัลลอยไทเทเนียมขนาดใหญ่ที่รับน้ำหนักโดยใช้เทคโนโลยีการขึ้นรูปเลเซอร์และใช้สิ่งนี้ในแอพพลิเคชั่นทางวิศวกรรม

ข้อดีมากกว่าวิธีการดั้งเดิม

วิธีการดั้งเดิมของการผลิตชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการหล่อและการปลอม ชิ้นส่วนหล่ออาจมีขนาดใหญ่ แต่หนักและไม่สามารถมีรูปทรงที่แม่นยำ การปลอมแปลงและการตัดเฉือนมีความแม่นยำสูงขึ้นด้วยชิ้นส่วนเช่นกรอบการรับน้ำหนักหลักของเครื่องบินขับไล่เจ็ท F-22 ของอเมริกาที่ถูกปลอมแปลงอัลลอยไทเทเนียม อย่างไรก็ตามวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมได้รับผลกระทบจากของเสียจากวัสดุที่สำคัญโดยสูงถึง 95% ของวัตถุดิบที่ถูกตัดออกไปเป็นของเสีย นอกจากนี้ขนาดของชิ้นส่วนโลหะผสมไทเทเนียมปลอมแปลงถูก จำกัด ด้วยความจุของเครื่องกดไฮดรอลิกขนาดใหญ่ซึ่งสามารถสร้างชิ้นส่วนได้ถึงขนาดที่กำหนดเท่านั้น

เทคโนโลยีการขึ้นรูปเลเซอร์ไทเทเนียมอัลลอยด์เอาชนะความท้าทายเหล่านี้โดยใช้การผลิตสารเติมแต่งซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียวัตถุดิบที่มีราคาแพงและไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์พิเศษ ตัวอย่างเช่นค่าใช้จ่ายในการผลิตโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมที่ซับซ้อนหนึ่งตันโดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิมนั้นประมาณ 25 ล้านหยวนในขณะที่ค่าใช้จ่ายในการใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ 3D การเชื่อมต้นแบบต้นแบบอย่างรวดเร็วอยู่ที่ประมาณ 1.3 ล้านหยวนทำให้เพียง 5% ของต้นทุนดั้งเดิม นอกจากนี้เทคโนโลยียังช่วยให้การสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนซึ่งเป็นไปไม่ได้ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม

Yesino จัดให้มีแถบไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมลวดไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมการตีไทเทเนียมท่อไทเทเนียมและผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมอื่น ๆ

บทสรุป

ความก้าวหน้าของจีนในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ของไทเทเนียมอัลลอยด์ได้เปิดใช้งานการผลิตส่วนประกอบไทเทเนียมขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพสูงซึ่งมีความสำคัญต่อการใช้งานการบินและอวกาศที่ทันสมัย การพัฒนาเหล่านี้ทำให้จีนเป็นผู้นำในสาขานี้ด้วยความสามารถที่ไม่มีใครเทียบได้ทั่วโลก