金屬液的噴射射流為300米/秒,生產(chǎn)效率高達(dá)100公斤/分鐘,比3D打印快1000倍。
精密噴射成形技術(shù)Precision Spray Forming(PSF),與3D打印技術(shù)均屬于增材制造技術(shù),3D打印擅長于高成形靈便性的精細(xì)零部件制造,而PSF技術(shù)沉積速度是3D打印技術(shù)的1000倍,且成品的性能、壽命、生產(chǎn)成本均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝,更適用于工業(yè)化的、高性能的、更廣泛合金成分的零部件制造。
噴射成形技術(shù)被視為21世紀(jì)冶金領(lǐng)域三大前沿技術(shù)之一。它的原理是將金屬液體霧化后以300米每秒的速度噴射、以10000℃/秒的速度進(jìn)行超高速冷凝之后,制成形狀精準(zhǔn)或近凈形產(chǎn)品的高效綠色增材制造技術(shù)。
具體的工作流程為:首先,將金屬融化成液態(tài),噴射到特制模具上。之后,超高速冷卻讓產(chǎn)品一次凝固成形,制備出組織細(xì)小均勻的高合金材料錠坯;再經(jīng)過壓力加工和熱處理后,形成最終的零件,而材料的性能品質(zhì)能替代同成分粉末冶金制品。
噴射成形(SF)技術(shù)是20世紀(jì)70年代英國Osprey公司的發(fā)明專利,此項專利早已到期而成為全世界都能應(yīng)用的技術(shù)。此后的拓展技術(shù)研究主要在:應(yīng)用噴射成形技術(shù)制備傳統(tǒng)工藝難以高品質(zhì)實現(xiàn)的各類合金、優(yōu)化噴射成形工藝參數(shù)提高產(chǎn)品品質(zhì)、PSF精密噴射成形(直接噴射成凈近型或終型)等。其中,精密噴射成形經(jīng)過歐洲噴射成形核心技術(shù)團(tuán)隊近三十年的研究被定義為不可能實現(xiàn)的方向而最終放棄,直到1998年前后楊云峰作為芬蘭國家技術(shù)研究中心(VTT)科學(xué)家代表加入該領(lǐng)域,選擇繼續(xù)這個研究方向,并通過優(yōu)化噴射成形工藝參數(shù)和研制出特殊的陶瓷模型,實現(xiàn)了精密噴射成形,成為PSF技術(shù)的發(fā)明人。
2014年,楊云峰成立了佛山峰合精密噴射成形科技有限公司(以下簡稱“峰合科技”),將噴射成形(SF)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。如今,峰合科技已成功研發(fā)幾十種高性能合金,各類合金年產(chǎn)能達(dá)萬噸。
“它與3D金屬打印有一定的相似性,但其噴射合金的性能優(yōu)于3D金屬打印,噴射成形速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3D金屬打印?!睏钤品褰榻B,“汽車90%的零部件都是由模具生產(chǎn)出來的,通過精密噴射成形把模具的壽命提高一倍,成本降低一半,生產(chǎn)速度由原來的‘月’變成了‘周’。而模具占整個制造成本的20%左右,如果能把這20%降低到5%,那么將有望把汽車的造車成本降低至少10%。世界上,除了精密噴射成形,沒有任何一項技術(shù)可以讓汽車的整車成本降低10%以上?!?br />
楊云峰認(rèn)為,該技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用可帶來每年不低于300億美元的市場規(guī)模,而這只是該技術(shù)最親民的應(yīng)用領(lǐng)域,近年在航空航天軍工等的研制、應(yīng)用需求也明顯增長。
“它是一種全新的金屬成形方法。”楊云峰介紹,拿著被運(yùn)用到海洋工程的管材樣件,內(nèi)外分層通過材料的色差清晰可見。“這段管材經(jīng)過精密噴射技術(shù)覆層后,內(nèi)壁是耐磨耐腐蝕的不銹鋼,外層是抗彎抗壓的高強(qiáng)度鋼,兩種材料實現(xiàn)了冶金結(jié)合,后續(xù)再做鍛軋、熱處理等加工也不用擔(dān)心兩種材料會開裂或剝離?!?
如今,除了海洋工程,航空航天兵器等用到的鋁合金、鋁基復(fù)材、高溫合金,用量巨大的高性能工模刀具、耐磨鋼等,都活躍著峰合科技的身影。
峰合精密噴射成形科技有限公司董事長兼總經(jīng)理 楊云峰
作為PSF技術(shù)的發(fā)明人,楊云峰坦言:“我們是唯一、且最具競爭力的,抄襲山寨的難度比較大。誰要是感興趣,就算送他一套設(shè)備,要把產(chǎn)品做出來也是相當(dāng)困難!”
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