金属液的喷射射流为300米/秒,生产效率高达100公斤/分钟,比3D打印快1000倍。
精密喷射成形技术Precision Spray Forming(PSF),与3D打印技术均属于增材制造技术,3D打印擅长于高成形灵便性的精细零部件制造,而PSF技术沉积速度是3D打印技术的1000倍,且成品的性能、寿命、生产成本均优于传统工艺,更适用于工业化的、高性能的、更广泛合金成分的零部件制造。
喷射成形技术被视为21世纪冶金领域三大前沿技术之一。它的原理是将金属液体雾化后以300米每秒的速度喷射、以10000℃/秒的速度进行超高速冷凝之后,制成形状精准或近净形产品的高效绿色增材制造技术。
具体的工作流程为:首先,将金属融化成液态,喷射到特制模具上。之后,超高速冷却让产品一次凝固成形,制备出组织细小均匀的高合金材料锭坯;再经过压力加工和热处理后,形成最终的零件,而材料的性能品质能替代同成分粉末冶金制品。
喷射成形(SF)技术是20世纪70年代英国Osprey公司的发明专利,此项专利早已到期而成为全世界都能应用的技术。此后的拓展技术研究主要在:应用喷射成形技术制备传统工艺难以高品质实现的各类合金、优化喷射成形工艺参数提高产品品质、PSF精密喷射成形(直接喷射成净近型或终型)等。其中,精密喷射成形经过欧洲喷射成形核心技术团队近三十年的研究被定义为不可能实现的方向而最终放弃,直到1998年前后杨云峰作为芬兰国家技术研究中心(VTT)科学家代表加入该领域,选择继续这个研究方向,并通过优化喷射成形工艺参数和研制出特殊的陶瓷模型,实现了精密喷射成形,成为PSF技术的发明人。
2014年,杨云峰成立了佛山峰合精密喷射成形科技有限公司(以下简称“峰合科技”),将喷射成形(SF)实现了产业化应用。如今,峰合科技已成功研发几十种高性能合金,各类合金年产能达万吨。
“它与3D金属打印有一定的相似性,但其喷射合金的性能优于3D金属打印,喷射成形速度也远远高于3D金属打印。”杨云峰介绍,“汽车90%的零部件都是由模具生产出来的,通过精密喷射成形把模具的寿命提高一倍,成本降低一半,生产速度由原来的‘月’变成了‘周’。而模具占整个制造成本的20%左右,如果能把这20%降低到5%,那么将有望把汽车的造车成本降低至少10%。世界上,除了精密喷射成形,没有任何一项技术可以让汽车的整车成本降低10%以上。”
杨云峰认为,该技术在模具行业的应用可带来每年不低于300亿美元的市场规模,而这只是该技术最亲民的应用领域,近年在航空航天军工等的研制、应用需求也明显增长。
“它是一种全新的金属成形方法。”杨云峰介绍,拿着被运用到海洋工程的管材样件,内外分层通过材料的色差清晰可见。“这段管材经过精密喷射技术覆层后,内壁是耐磨耐腐蚀的不锈钢,外层是抗弯抗压的高强度钢,两种材料实现了冶金结合,后续再做锻轧、热处理等加工也不用担心两种材料会开裂或剥离。”
如今,除了海洋工程,航空航天兵器等用到的铝合金、铝基复材、高温合金,用量巨大的高性能工模刀具、耐磨钢等,都活跃着峰合科技的身影。
峰合精密喷射成形科技有限公司董事长兼总经理 杨云峰
作为PSF技术的发明人,杨云峰坦言:“我们是唯一、且最具竞争力的,抄袭山寨的难度比较大。谁要是感兴趣,就算送他一套设备,要把产品做出来也是相当困难!”
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