【东西智库】周报 | 新材制造专题(2021年4月第一期)

 世界最大300MN等温模锻液压机项目在西安航空基地热试成功 

新材智造66周报 | 世界最大等温模锻液压机项目在西安航空基地热试成功,西空智造电子束3D打印钛铝合金复杂结构件取得重大进展

西安航空基地辖区企业西安三角防务股份有限公司新建的全球最大的300MN等温模锻液压机项目,等温锻造和普通锻造双模式热试成功,标志着这一项目建设取得重大进展,距离投产更进一步,将满足航空发动机涡轮盘等温精密模锻,以及大中型航空结构件普通模锻需求,服务国家高端装备制造业高质量发展。

 

300MN等温模锻液压机项目,是西安三角防务股份有限公司与清华大学天津高端装备研究院共同合作推进的重大项目。项目建设全球最大的等温锻造液压机,采用清华大学钢丝预应力缠绕技术,突破了低速控制、平衡控制、保压控制等技术难题,能够有效提高设备刚度和使用疲劳寿命。设备正式建成投产后,将主要进行等温锻、热模锻的工艺研制,适用于温合金、钛合金、粉末合金等各种难变形合金材料及复杂形状的大型结构件、盘类零件、航发叶片等高端锻件的等温锻造成形,对实现大型模锻结构件、精密盘轴类等温锻件的自主创新、自主制造具有重大意义。

 西空智造电子束3D打印钛铝合金复杂结构件取得重大进展 

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西安空天机电智能制造有限公司(以下简称:西空智造)通过前期的不断努力取得重大进展,解决了电子束成形TiAl合金过程中粉末溃散(吹粉)、层间结合不足、铝元素挥发、致密度低、零件横纵组织性能不均一等技术难点问题。

 

在此基础上,西空智造又对制备大尺寸复杂结构件的工艺参数优化升级,对材料不同高度组织演变进行针对性的调控,对工艺参数及打印条件调控做出改动后,Ø110mm×66mm的高致密、无裂纹的Ti-48Al-2Cr-2Nb增压器涡轮成功成形,这也标志着西空智造成为首批可成形钛铝复杂结构件的企业。同时,通过对扫描路径及束斑聚焦的优化,攻克了薄壁曲形过渡件成形工艺难题。

 

 瑞典萨伯集团尝试利用增材制造技术支持“鹰狮”战斗机战场毁伤修理 

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瑞典萨伯集团利用其位于瑞典林雪平的设施,成功地在“鹰狮”战斗机上试飞了增材制造的外部而不是内部部件,目的是试验增材制造技术如何用于战场上的毁伤修复。这架“鹰狮”安装了一个替换的口盖,该口盖采用一种名为PA2200的尼龙聚合物,由增材制造技术制造。由于没有该口盖的三维计算机模型,萨伯集团将原部件从机体上拆卸并进行扫描生成模型,然后利用增材制造进行精确复印,为这架“鹰狮”单独量身定制了新口盖。试飞之后,萨伯集团对该口盖进行了仔细检查,没有发现任何视觉可见的结构变化。
萨伯集团认为,这项工作是朝着增材制造备件迈出的一步,这些备件用来对部署到偏远地区的战斗机进行持续快速的修理,从而获得至关重要的时间节省优势。但是,要实现增材制造技术在战场毁伤修理方面的实际应用,萨伯集团还需进行进一步的测试,并形成有关材料标准的协议。

 

 新一代PCB电子3D打印机,美国空军携手BotFactory开发 

 

美国电子3D打印机制造商BotFactory已经于2021年3月25日宣布已获得美国空军AFWERX计划的第二阶段小型企业创新研究(SBIR)资金,价值75万美元。据悉,BotFactory将在15个月内与在Robins AFB的402EMXG / MXDEK / REARM实验室的合作伙伴们开发用于3D打印和组装印刷电路板(PCB)的全自动台式机型。
从飞机到作战人员的制服,电子设备已成为国防各个方面不可或缺的元素了。402 EMXG / MXDEK / REARM实验室专注于美国空军(USAF)的逆向工程遗留系统,重新设计航空电子设备箱、线束、电缆、前面板、面板和显示器等所有内容。而制造和组装电子设备当前面临的一个主要的瓶颈。尽管3D打印可以大量用于外壳和其他元件,但是因为缺少用于原型制作和小批量生产的工具,美国空军每年在PCB开发上都要花费数百万美元。现有的PCB制造过程需要使用危险化学品,这又涉及了很多复杂的废弃物处置管理。因此,USAF迫切需要一项新技术来填补这一空白。
BotFactory提出了一个桌面大小的“工厂”,刚好能够填补这一空白。使用增材制造技术打印迹线,并使用人工智能分析和监视制造和装配过程,之后直接从数字文件中制造经过全面测试和验证的PCB。整个过程将实现自动化,无需操作人员进行干预。

 美国密苏里州立科技大学开发航天超级润滑材料 

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NASA“毅力号”火星车继续其探索火星的旅程,而地球上的科学家已经开发出一种新型的纳米金属碳化物材料,这种碳化物可以作为“超级润滑剂”,减少未来类似“毅力号”探测器的磨损。

密苏里州立科学技术大学化学系与美国阿贡国家实验室纳米材料研究中心的研究人员利用一类名为MXenes的二维纳米材料开展研究工作。研究人员发现这种材料可以更好地减少摩擦。负责这项研究的密苏里州立科技大学的化学系副教授Vadym Mochalin博士表示,这种材料在极端环境下的性能优于传统的油基润滑剂。
 
这类超级润滑材料在极端条件下先进的抗磨损和润滑特性,对于一些特定应用具有极大吸引力,例如目前正在如火如荼进行工作的火星探测器。尽管这类超级润滑剂可能被证明对于在外星环境中的工作的设备或机器(如火星探测器、小行星采矿设备等)有应用价值,但这种材料也可能具有更大的实用价值。与油基润滑剂不同,MXenes的原料不需依赖非可再生能源,如煤炭或石油。

 南阿拉巴马大学和MHP合作研发更轻、强韧、导电性佳的碳纤维复合材料 

南阿拉巴马大学最近开发出了ZT-CFRP,这是一种富含纳米粒子并以碳纤维增强的创新塑料复合材料,最初得到了美国国家航空航天局的支持。在美国国家科学基金会(NSF)的资助下,该大学建立了研究合作关系,以充分挖掘这种先进复合材料提供的潜力,确保ZT-CFRP能够迅速进入更广泛的市场。
据悉,这种富含特定取向纳米颗粒并以碳纤维增强的塑料复合材料具有许多特性,使其在该类复合材料中脱颖而出。碳纳米纤维以之字形穿插在传统的碳纤维之间,产生了一种织物,在这种织物中,机械、电和热负荷分布在复合材料内部的各个方向,显著提高了材料的导电性能(尤其是与纤维方向正交)。该大学指出,这意味着ZT-CFRP不仅比铝更轻,比钢更坚韧,它还比传统的碳纤维增强塑料(CFRPs)更不容易受到机械力的影响,如冲击损伤。
按计划,Primus Aerospace公司将于2021年一季度获得钛Sapphire金属增材制造系统,并将在公司科罗拉多州Golden地区的工厂进行钛3D打印。

 

 美国QuesTek公司开展涡轮叶片超高温材料开发 

美国QuesTek公司获得美国能源部高级能源研究计划署(ARPA-E)120万美元资助,设计和开发用于下一代涡轮叶片的新型合金和涂层材料,这些材料将是适用于增材制造的功能梯度铌基多材料合金系统,能够维持高温运行并提高燃油效率。
为了实现材料和部件的同步设计,同时加速下一代发动机材料的应用,QuesTek公司将与普惠公司展开合作,后者将负责航空航天需求的确定、部件设计以及测试和认证过程的指导。此外,该公司还将与NASA喷漆推进实验室和明尼苏达大学展开合作,双方将分别负责增材制造工艺和涂层的开发。

 

 帝人发布航空航天级碳纤维中间材料新牌号 
帝人碳纤维欧洲公司官网发布消息称,其新推出了Tenax PW和Tenax BM两款碳纤维中间材料新牌号。据介绍,Tenax PW是一种先进的航空级碳纤维中间材料,具有出众的耐用性和韧性,有助于最大程度地提高终端产品的力量和速度。该材料采用高强度、高拉伸模量的树脂制成。Tenax PW可以抑制和吸收冲击能量,从而使冲击后损伤最小化、局域化。另外,相比于帝人的标准模量碳纤维预浸料产品,Tenax PW的抗压强度极为出色。采用该产品生产的体育用品,将实现更有力、更快速的摆动。
同时推出的Tenax BM是一款适用于卫星制造的航天级碳纤维中间材料。由于其良好的刚性、平直度、可操作性和稳定性,该产品将成为对柔性和抗热膨胀性能要求较高终端应用的理想选择。Tenax BM还具有出色的阻尼减振特性,其减振效果比帝人标准碳纤维预浸料强四倍。采用航天级Tenax BM中间材料制造的体育休闲用品具有很强的抗冲击变形和抗振能力。

 

 东丽美国公司发布新款结构预浸料及数据库,并致力于开发T1100碳纤维数据库 

东丽复合材料美国公司发布的消息,公司最新款结构预浸料CMA 3900已上市,具有广泛的公共允许设计数据库。SAE材料委员会专门为东丽3900-2单向和织物产品制定了新的AMS规范(AMS6891),这些通过AMS6891规范认证的材料现在已经可以采购。在CMH17手册的下一版修订版中将发布5批3900个允许的设计数据。允许的测试计划和数据集是根据FAA要求创建的,旨在用于商业、太空和国防一级结构应用的设计和认证。
东丽公司3900预浸料系统通过用复合材料取代金属结构,实现了运输系统设计中的阶跃功能改变。与传统金属设计相比,向复合材料的转变大大降低了结构重量,从而实现了更长的使用寿命、更高的生命周期成本以及更低的碳排放。
 

 贝尔直升机公司制造技术中心年底启用 

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贝尔直升机公司在得克萨斯州为举行了制造技术中心(MTC)的剪彩仪式,该中心将于今年年底正式启用。MTC距离贝尔公司总部约15分钟车程,建设面积14万平方英尺(1.3万平米)。MTC承担的主要功能是压缩贝尔直升机(包括V-280 Valor和360 Invictus)零部件的交付时间、降低生产成本、减少性能波动。
格伦·伊思拜耳表示,数字化系统已经取得了很显著的运营成果,V-280倾斜旋翼机的主要零部件——旋翼桅杆的交货时间从18个月缩短到3个月,成本降低了40%。
MTC将在公司内外招募设计和制造工程师、程序员、材料专家等人员,并将配备数字化热处理、增材制造工具、高级复合材料制造设备、高速加工设备,以及机器人技术。MTC将生产的主要产品包括齿轮、变速箱、主旋翼叶片、机翼等零部件。除了作为制造实验室,MTC也作为一个示范中心,展示贝尔公司如何将更好、更快、成本更低的制造工艺引入工业生产。

来源:航空工业信息网、新材料、复合材料世界网、3D科学谷

 

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