在2017中國(西安)國際增材制造博覽會暨技術高峰論壇(簡稱2017CAME)展會上，又一項3D打印新技術被發(fā)掘——固相增材制造技術，該技術由陜西智拓固相增材制造技術有限公司研發(fā)，目前，該公司正在研制一臺大溫區(qū)(800 × 800 × 1200 mm3)、大噸位(1200t)、多軸、多缸加壓的真空擴散焊設備，該設備將彌補國內(nèi)大型精密結構件固相增材制造技術的空白。

固相增材制造技術

“陜西智拓”設計研制了四代具備自主知識產(chǎn)權的真空擴散焊設備用于固相增材制造。這四代設備的設計工作溫度1250 ~ 1500 °C;其結構由單軸、單缸加壓，發(fā)展到4軸、4缸加壓，加壓噸位也從最初的12噸發(fā)展到600噸;均溫區(qū)尺寸涵蓋了300 × 300 × 300 mm3 ~ 600 × 600 × 600 mm3。不僅能夠滿足研究的需要，而且能夠滿足600 × 600 mm2以下的冷板、微流道集成高壓換熱器等大尺寸結構開發(fā)和批量焊接制造。目前，“陜西智拓”正在研制一臺大溫區(qū)(800 × 800 × 1200 mm3)、大噸位(1200t)、多軸、多缸加壓的真空擴散焊設備，該設備將彌補國內(nèi)大型精密結構件固相增材制造技術的空白。

固相增材制造技術的基本特點

結構尺寸更精密

力學性能更優(yōu)異

成型材料更廣泛

更適于工業(yè)化批量生產(chǎn)

材料的焊接性研究

在材料焊接性上開展了廣泛、深入的研究，已經(jīng)開展的同質(zhì)和異質(zhì)材料研究涉及到以下7個系列：

(1)鋼鐵材料，有高強鋼、模具鋼、不銹鋼等。

(2)高溫合金，有固溶強化高溫合金、沉淀強化高溫合金、鐵鎳合金等。

(3)鈦合金，有工業(yè)純鈦、雙相鈦合金等。

(4)銅合金，有無氧銅、黃銅、鎳白銅、錫青銅等。

(5)鋁合金，有1系列純鋁、2系列硬鋁、5系列防銹鋁、6系列鍛鋁、7系列高強鋁合金等。

(6)其它合金，有鉬合金、鈮合金、銀鎳合金、鎂合金等。

(7)陶瓷、非金屬，有C/C復合材料、氧化鋁陶瓷、玻璃、單晶硅、石墨等。

該公司所研究的材料體系及其焊接性配伍，這些材料涵蓋了目前技術市場上冷板、微流道集成換熱器、5G天線、隨形冷卻模具等絕大多數(shù)固相增材制造產(chǎn)品，也為海上浮動核電站高壓換熱器、航空葉片等未來多個先進結構的制造、應用做好了技術儲備。

在材料焊接性研究基礎上，開發(fā)、獲得了以下6大類工藝設計與控制技術：

(1)焊前處理與清洗技術;

(2)中間層材料、結構設計技術;

(3)微流道屈曲變形控制技術;

(4)300mm以上大尺寸工件溫控與變形控制技術;

(5)焊接質(zhì)量在線監(jiān)測控制技術;

(6)冷板、熱沉、熱管設計技術。

這些工藝成果為多種材料、結構產(chǎn)品的開發(fā)、制造提供了技術保障，也為產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了理論支撐。

擴散焊技術簡介

擴散焊是一種固態(tài)連接方法，是在一定溫度和壓力下，使待焊表面發(fā)生微小的塑性變形實現(xiàn)大面積的緊密接觸，并經(jīng)一定時間的保溫，通過接觸面間原子的互擴散及界面遷移從而實現(xiàn)零件的冶金結合。擴散焊大致可分為三個階段：

第一階段為初始塑性變形階段。在高溫和壓力下，粗糙表面的微觀凸起首先接觸，并發(fā)生塑性變形，實際接觸面積大大增加，并伴隨表面附著層和氧化膜的破碎，使界面實現(xiàn)緊密接觸，形成大量金屬鍵，為原子的擴散提供條件。

第二階段為界面原子的互擴散和遷移。在連接溫度下，原子處于較高的激活狀態(tài)，待焊表面變形形成的大量空位、位錯和晶格畸變等缺陷，使得原子擴散系數(shù)大大增加。此外，此階段還伴隨著再結晶的發(fā)生，以實現(xiàn)更加牢固的冶金結合和界面孔洞的收縮及消失。

第三階段為界面及孔洞的消失。該階段原子繼續(xù)擴散，最終使原始界面和孔洞完全消失，達到良好的冶金結合。

其優(yōu)點可歸納為以下幾點：

(1) 接頭性能優(yōu)異。擴散焊接頭強度高，真空密封性好，質(zhì)量穩(wěn)定。對于同質(zhì)材料，焊接接頭的微觀組織及性能與母材相似，且母材在焊后其物理、化學性能基本不發(fā)生改變。

(2) 焊接變形小。擴散連接是一種固相連接技術，焊接過程中沒有金屬的熔化和凝固，且所施加的壓力一般較低，能很好的抑制宏觀變形的產(chǎn)生，保證零件的高精度尺寸和幾何形狀。

(3) 可連接其它方法難以焊接的材料，比如低塑性或高熔點的同質(zhì)材料，容易產(chǎn)生金屬間化合物的異質(zhì)材料，或者是金屬與非金屬等，擴散連接都具有很大的優(yōu)勢。

(4) 可實現(xiàn)大面積連接。對于大尺寸截面，擴散連接時壓力均勻分布于整個界面上，實現(xiàn)其良好接觸，從而達到有效連接。

(5) 焊接過程安全、整潔、無污染，整個焊接過程沒有飛濺、輻射等有害物質(zhì)，且焊接過程易于實現(xiàn)自動化控制。

擴散焊專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的擴散焊領域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。也就是說，擴散焊專家系統(tǒng)是一個具有大量的專業(yè)知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應用人工智能技術和計算機技術，根據(jù)擴散焊領域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復雜問題。擴散焊專家系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分構成。

陜西智拓擴散焊專家系統(tǒng)的建立是基于長期收集在技術研發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)中的大量專業(yè)知識和生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如：焊接材料、物性參數(shù)、焊前狀態(tài)、結構尺寸、界面數(shù)量、焊前清理工藝、焊接工藝參數(shù)、焊后變形量、焊后組織成分分析和力學性能等。