La storia dello sviluppo della tecnologia di stampa 3D in lega di titanio in Cina

Primi sviluppi negli Stati Uniti

Il titanio è un materiale noto per il suo elevato rapporto resistenza-peso, essendo solo la metà densa come l'acciaio mentre supera la maggior parte delle leghe in resistenza. Ha trovato un uso diffuso nel settore aerospaziale. Gli Stati Uniti sono stati i primi a sviluppare la tecnologia di stampa 3D in lega di titanio. Nel 1985, sotto la guida del Dipartimento della Difesa, gli Stati Uniti hanno iniziato a ricercare la tecnologia di formazione laser in lega di titanio. Questa ricerca è stata resa pubblica nel 1992 e nel 2002 gli Stati Uniti avevano montato parti formate al laser in lega di titanio sugli aeromobili per i test.

La stessa tecnologia di stampa 3D può essere fatta risalire al 1984, quando è stata sviluppata la prima tecnologia a stampare oggetti 3D dai dati digitali. Nel 1986 fu lanciata la prima stampante 3D commerciale. Durante gli anni '90, le tecnologie e gli standard di stampa 3D di base sono stati continuamente perfezionati, portando alla loro applicazione nel 21 ° secolo. La tecnologia scioglie la polvere di metallo usando i laser per "stampare" prodotti di quasi tutte le forme, producendo oggetti con alte prestazioni meccaniche adatte a aerospaziale, automobilistico, medico, dentale e altri settori.

Sviluppo in Cina

Lo sviluppo cinese della tecnologia di formazione laser in lega di titanio è iniziato relativamente in ritardo, a partire da tre anni dopo che gli Stati Uniti hanno declassificato la sua ricerca nel 1995. Inizialmente, la Cina ha seguito l'esempio degli Stati Uniti, stabilendo laboratori di ricerca in varie università e istituti di ricerca in tutto il paese. Tra questi, i risultati del team tecnologico laser AVIC (Aviation Industry Corporation of China) sono stati particolarmente notevoli. Nel 2000, il team di tecnologia laser di Avic aveva iniziato a ricercare "tecnologia di prototipazione rapida per saldatura laser 3D".

Supportato da finanziamenti continui da parte dello stato e dei militari, la squadra di Avic ha affrontato diverse sfide tecniche globali per diversi anni. Questi includevano soluzioni per "sistemi di protezione del gas inerte", "dispersione di stress termico", "controllo dei difetti" e "controllo della crescita reticolare". Di conseguenza, sono stati in grado di produrre prodotti commercialmente preziosi con strutture complesse, dimensioni fino a quattro metri e requisiti strutturali portanti principali.

Capacità attuali

Oggi la Cina possiede la tecnologia e la capacità di utilizzare la formazione laser per complessi componenti in lega di titanio superiori a 12 metri quadrati. Queste capacità sono state incorporate in molteplici progetti di ricerca aerospaziale nazionale per la produzione di prototipo e prodotto. La Cina è attualmente l'unico paese al mondo con la capacità di produrre componenti in lega di titanio di grandi dimensioni che utilizzano la tecnologia di formazione laser e di applicarlo in applicazioni ingegneristiche.

Vantaggi rispetto ai metodi tradizionali

I metodi tradizionali di produzione di parti in lega di titanio si basano principalmente sulla fusione e la forgiatura. Le parti del cast possono essere grandi ma sono pesanti e non possono essere a forma di precisione. La forgiatura e la lavorazione offrono una maggiore precisione, con parti come il principale telaio portante del getto da combattimento F-22 americano che viene forgiato in lega di titanio. Tuttavia, i metodi di produzione tradizionali soffrono di significativi rifiuti di materiale, con fino al 95% della materia prima che viene tagliata come rifiuti. Inoltre, la dimensione delle parti in lega di titanio forgiate è limitata dalla capacità di grandi presse idrauliche, che possono forgiare solo parti fino a una certa dimensione.

La tecnologia di formazione laser in lega di titanio supera queste sfide utilizzando la produzione additiva, che riduce significativamente lo spreco di materie prime costose ed elimina la necessità di stampi specializzati. Ad esempio, il costo della produzione di una tonnellata di complesse strutture in lega di titanio utilizzando metodi tradizionali è di circa 25 milioni di RMB, mentre il costo che utilizza la tecnologia di prototipazione rapida di saldatura 3D laser è di circa 1,3 milioni di RMB, rendendolo solo il 5% del costo tradizionale. Inoltre, la tecnologia consente la creazione di forme complesse che sarebbero impossibili con i metodi tradizionali.

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Conclusione

I progressi della Cina nella tecnologia di stampa 3D in lega di titanio hanno consentito la produzione di componenti di titanio grandi, complessi e ad alte prestazioni, che sono cruciali per le moderne applicazioni aerospaziali. Questi sviluppi hanno posizionato la Cina come leader sul campo, con capacità che non hanno eguali a livello globale.