增材制造(又稱3D打印)是一種將復雜三維結構零件模型離散為二維結構進行逐層疊加成形的技術，它使復雜微細內流道零件一體化成型成為可能，因而在航空航天、船舶、核、汽車、能源化工等工業(yè)領域的應用日趨增多。

增材制造技術在成形零件過程中因存在溫度梯度和逐層成形等自身工藝特點，導致零件內流道表面存在半燒結或粘結的粉末顆粒以及表面“臺階”效應，這些表面粘結粉末和“臺階”引起的粗糙度等都會影響零件的使用性能和安全性：當內流道中通入的流體與表層高速摩擦造成毛刺、粘附殘渣顆粒或粘結粉末脫落時會成為多余物而隨流體到處擴散，或堵塞油路或引起機械磨損故障，從而造成重大安全事故；粗糙度大的內表面在長期使用過程中易成為疲勞裂紋源，若是高溫油路系統(tǒng)還易導致積碳現(xiàn)象發(fā)生；增材制造內流道表面的“臺階”現(xiàn)象還會導致流體運動過程產(chǎn)生湍流、渦流和流體沿程阻力急劇增加，甚至造成流體失控，產(chǎn)生振動而降低零件使用壽命。粗糙表面也會使流體中產(chǎn)生大量空化氣泡影響燃燒和液力，甚至產(chǎn)生空化腐蝕。因此，增材制造流體動力零部件內流道表面必須進行一定光整處理后才能最終滿足產(chǎn)品的性能要求。

常見內流道表面光整方法可分為物理方法和化學方法兩大類：物理方法如手工拋磨、磨粒流拋光、磨料水射流拋光、磁力拋光、磁流變拋光、超聲波拋光等，而化學方法如化學拋光、電化學拋光及電漿拋光等。當零件內流道口徑較大(≥3mm)、長徑比較小(＜10：1)，且呈近似直線走向時，可采用手工拋磨、化學、電化學、電漿、磁力、磁流變、磨粒流、水射流及超聲波等常見方法進行拋光。

但是，當零件內流道口徑較小(＜3mm)，長徑比較大(≥50)，甚至呈三維空間走向的含S型彎、U型彎、O型彎、螺旋彎時，這些常見拋光方法都呈現(xiàn)較大局限性或根本無法進行拋光。

陜西金信天鈦材料科技有限公司開創(chuàng)性地發(fā)明了高速水基兩相流拋光技術解決了口徑＜3mm、長徑比≥50的復雜結構內流道表面光整國際難題。其基本原理是配制由大雷諾數(shù)低黏性水基環(huán)保溶液和超細超硬磨粒組成的固液兩相懸浮液拋光介質，通過特殊增壓設備驅動固液兩相拋光介質在微細內流道里高速流動(流速＞10m/s)，從而產(chǎn)生“近剛性隨形刀具”效果對內流道表面進行摩擦微切削實現(xiàn)表面光整。

核心技術包括：

液壓推力≥40MPa的多級增壓液壓系統(tǒng)****設計及制造

針對拋光介質在微細內流道中高速運動時所需驅動壓力通常需超過40MPa且具有穩(wěn)定的調節(jié)精度。開展增壓器、柱塞泵和嚙齒合齒輪泵的組合推力設計、密封與控制。針對液壓油在增壓器和油管中的流動穩(wěn)定性需求，開展增壓器和油管的設計選型和裝配。

典型應用案例：

航空發(fā)動機領域

本成果產(chǎn)生前，國際上尚無有效手段對航空發(fā)動機增材制造燃油噴嘴中的微細異形大長徑比內流道進行有效表面光整，增材制造應用國際領先企業(yè)美國GE公司生產(chǎn)的燃油噴嘴也因內腔粗糙度問題而不得不定期拆卸燃油噴嘴進行內腔表面裂紋檢查和清洗，從而顯著增加了增材制造燃油噴嘴的使用成本。使用本技術對中國航發(fā)商發(fā)多個發(fā)動機型號用的增材制造燃油噴嘴進行內流道表面光整，最優(yōu)粗糙度Ra≤1.6μm，噴嘴流量提升≥30%且流量精度控制在1%以內，這些關鍵技術指標均達到國際領先水平，顯著提升了增材制造燃油噴嘴系統(tǒng)的燃燒穩(wěn)定性、使用安全性和壽命，并大幅度降低使用成本。

來源: 陜西金信天鈦材料科技有限公司