01 La "connexió inevitable" entre els equips submarins i els aliatges de titani
El nostre país té abundants recursos marins i l'equip submarí serveix com a eina crucial per explorar l'oceà. La seva importància és-evident. Als primers dies, els equips submarins es feien principalment amb materials a base de ferro-. Més tard, per aconseguir un pes lleuger, es van utilitzar àmpliament materials d'aliatge d'alumini. Tanmateix, amb l'avenç de l'estratègia d'esdevenir una potència marítima, els equips submarins han de tenir les capacitats de navegació a llarga-distància, operacions de llarga-durada i operacions d'aigües-profundes. Els aliatges de titani destaquen pel seu pes lleuger, gran resistència, resistència a la corrosió i propietats no-magnètiques, cosa que els converteix en l'opció ideal per als materials estructurals en equips submarins. No obstant això, el processament d'aliatge de titani és difícil i els mètodes de processament tradicionals tenen problemes com ara una precisió dimensional deficient, cicles de processament llargs i costos elevats. Això també ofereix espai per a l'aplicació de la tecnologia de fabricació additiva, que no només resol els problemes en el processament d'aliatges de titani, sinó que també millora significativament l'eficiència de fabricació i els beneficis econòmics.
02 Tecnologia de fabricació additiva: des del naixement fins al desenvolupament
El concepte de tecnologia de fabricació additiva es remunta a finals del segle XIX als Estats Units. Tanmateix, a causa de les limitacions tècniques d'aquell moment, aquesta idea no es va dur a terme. No va ser fins a la dècada de 1980 que els avenços en la tecnologia de fusió tèrmica d'alta-energia i la tecnologia de prototipatge ràpid van establir les bases per al desenvolupament de la tecnologia de fabricació additiva. Des de llavors, aquesta tecnologia ha evolucionat contínuament i ha sorgit gradualment en camps com l'aeroespacial, la medicina i l'automoció, i ara s'ha convertit en una de les-tecnologies clau d'avantguarda de la indústria manufacturera. El nucli de la tecnologia de fabricació additiva rau en el "assemblatge-per-capa". Utilitza fonts de calor com ara làsers, feixos d'electrons o arcs per fondre pols o filferros, i els construeix capa per capa segons un model tridimensional, aconseguint finalment la formació global dels components. Aquesta tecnologia no només trenca amb les limitacions de la fabricació tradicional sinó que també proporciona una nova solució per a la fabricació d'estructures complexes.
03 Aplicació de la tecnologia de fabricació additiva en equips submarins d'aliatge de titani
Fabricació innovadora d'hèlixs:
L'hèlix és un component de propulsió crucial dels equips submarins. En el passat, les hèlixs de fosa d'aliatge de titani s'enfrontaven als reptes de l'alt cost i el procés feixuc. Quan el volum de producció era petit, tot i que el processament mecànic de plaques gruixudes era més convenient, la taxa d'utilització del material era extremadament baixa. El 2017, Damen Group, el fabricant alemany d'hèlixs Promarin, el proveïdor de programari Autodesk i el Rotterdam Additive Manufacturing Laboratory (RAMLAB) van col·laborar i van completar amb èxit la primera hèlix d'aliatge d'aliatge de bronze d'alumini de tres {-palpes- del món (amb un diàmetre d'1,35 metres i un pes d'arc additiu) amb tecnologia de fabricació de 40 quilograms d'arc. Es van superar les proves de rendiment pertinents i va rebre la certificació de la Societat Francesa de Classificació. Xina Shipbuilding Industry Group Fenxi Heavy Industry Co., Ltd. juntament amb Shaanxi Changlong Jiuzhou Metal Technology Co., Ltd. van utilitzar la tecnologia LMD per provar-produir una hèlix d'aliatge de titani de set-palpes (amb un diàmetre de 800 mm i un pes de 30 kg), i actualment està sol·licitant la certificació de la Societat de Classificació xinesa. En comparació amb els mètodes de fabricació tradicionals, la fabricació additiva demostra avantatges únics en la fabricació d'hèlixs i resol molts problemes.
Avenç en la fabricació de petxines buides:
Les petxines buides es troben entre els components més difícils dels equips submarins. El mètode tradicional de forjar anells i soldar-los junts té problemes com ara una gran dificultat de muntatge, nombroses soldadures, una gran deformació de la soldadura, una baixa taxa d'utilització del material i un llarg temps de processament. La nostra empresa ha completat amb èxit la producció de prova de petxines buides amb tecnologia LMD. Després de la prova, aquest component va superar amb èxit la prova de rendiment mecànic i la prova de pressió d'aigua externa. En comparació amb els mètodes de processament tradicionals, la taxa d'utilització del material ha augmentat del 50% al 95%, el temps de processament s'ha reduït de 7 dies a 1 dia, el cost de fabricació s'ha reduït un 20%, millorant significativament l'eficiència de fabricació i els beneficis econòmics.
Exploració i experimentació de recipients a pressió:
A països estrangers, l'equip de Breddermann va fabricar amb èxit carques hemisfèriques d'aliatge de titani GR5 mitjançant la tecnologia LMD i va realitzar avaluacions i proves sobre elles per explorar les seves possibles aplicacions en equips submarins. La investigació va trobar que optimitzar la direcció de construcció i introduir estructures de suport podria millorar la precisió dimensional del segon lot d'hemisferis. Les proves de fallada van indicar que la capacitat de pressió-del segon lot d'hemisferis havia augmentat significativament, proporcionant referències importants per al desenvolupament d'equips d'aliatge de titani submarins.
04 El "destacat" de la tecnologia de fabricació additiva
La tecnologia de fabricació additiva difereix de les tecnologies de processament tradicionals. Basat en models tridimensionals-, processa en capes, utilitzant fonts de calor com ara làsers, feixos d'electrons o corrents d'arc per fondre pols o cables, i els construeix capa per capa per aconseguir la formació global dels components. En la construcció d'equips d'aliatge de titani submarins, aquesta tecnologia té avantatges evidents.
Forta adaptabilitat a la mida:
La tecnologia de fusió selectiva làser (SLM), encara que limitada per l'espai de la cambra de buit, els equips nacionals i estrangers poden cobrir més del 60% dels components dels equips submarins i, amb el desenvolupament de la tecnologia, la mida de la formació continua augmentant. Tot i que les tecnologies de deposició per fusió làser (LMD) i fabricació d'additius d'arc (WAAM) bàsicament no tenen restriccions a la mida de la formació de components, poden complir els requisits de components grans i, després del processament fi posterior, poden complir els requisits d'ús de l'equip.
Avantatges significatius en la fabricació d'estructures complexes:
Prenent com a exemples les hèlixs i les closques buides, el mètode de fabricació tradicional té uns costos elevats, processos complicats i una baixa utilització del material. Amb la tecnologia de fabricació additiva, aquests problemes es poden resoldre i es pot millorar l'eficiència de la producció. Per exemple, les hèlixs d'aliatge de titani de set-fulles i les closques buides que la nostra empresa ha produït a prova-han millorat molt el rendiment, el cost i el cicle de processament.
La composició i el rendiment del material estan garantits:
Els estudis han demostrat que els components d'aliatge de titani processats per la tecnologia de fabricació additiva poden complir els requisits estàndard de composició química i les propietats mecàniques d'algunes peces d'aliatge de titani GR5 preparades per procés- també poden complir els estàndards. Tot i que l'energia d'impacte és inferior a la de les forjades, el rendiment general és bo.
