戰(zhàn)斗機(jī)上一個(gè)巴掌大的鉸鏈，能不能用3D打印來做？

芬蘭人用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回答了這個(gè)問題。

這項(xiàng)研究來自LUT大學(xué)與Patria航空公司的合作。他們瞄準(zhǔn)的是BAE Hawk Mk.66教練機(jī)的尾翼鉸鏈。

一個(gè)在服役中頻繁開裂的鍛造鋁合金部件。

團(tuán)隊(duì)用L-PBF打印的Ti6Al4V替代，并驗(yàn)證疲勞性能能否達(dá)標(biāo)。

材料選擇上沒有太多懸念。 AlSi10Mg等高強(qiáng)鋁合金工藝成熟，但疲勞性能撐不住這個(gè)應(yīng)用場景。

所以選了Ti6Al4V。

設(shè)計(jì)思路方面，團(tuán)隊(duì)先用拓?fù)鋬?yōu)化找方向，最終方案是雙腹板構(gòu)型，既能無支撐打印，又提高了損傷容限。

為了減重，表面開了大量孔洞和凹槽，團(tuán)隊(duì)坦言這在常規(guī)設(shè)計(jì)中并不推薦，這里更多是為研究目的服務(wù)。

成品206g，只比原件重4g。

實(shí)驗(yàn)分四組跑。 設(shè)備用了EOS（層厚40μm）和另一種沒說品牌的SLM設(shè)備（層厚60μm）兩種，后處理走玻璃噴丸和陶瓷介質(zhì)噴丸兩條路線，形成四種組合。

所有試樣統(tǒng)一做800°C真空熱處理，孔位機(jī)加工。

結(jié)果拉開了明顯差距。

EOS設(shè)備配合玻璃噴丸是優(yōu)勝組，按局部應(yīng)力折算，疲勞強(qiáng)度是其他三組的兩倍。

差距從何而來？ 研究從三個(gè)角度拆解了原因。

一是殘余應(yīng)力差異巨大。

玻璃噴丸試樣表面壓應(yīng)力平均達(dá)到-675 MPa，而陶瓷噴丸只有-268 MPa，相差超過一倍。

噴丸覆蓋率決定成敗。

SEM觀察顯示，優(yōu)勝組的內(nèi)外表面都獲得了高覆蓋率噴丸處理，而其他三組的內(nèi)側(cè)表面幾乎沒有被有效處理到。

失效位置隨之轉(zhuǎn)移。

優(yōu)勝組的裂紋起源于朝下的凹槽處（該處表面質(zhì)量本就較差），而其他系列從部件頂部邊緣的缺陷處起裂。

充分的噴丸把原本的薄弱環(huán)節(jié)兜住了，失效被迫轉(zhuǎn)移到次弱位置。

四組試樣相對密度均超過99.9%。缺陷以小氣孔（≤30μm）和少量未熔合（≤50μm）為主，分布稀疏。

需要注意的是，未熔合缺陷沿掃描平面排列，當(dāng)載荷方向平行于打印方向時(shí)，可能成為內(nèi)部應(yīng)力集中源。

文章最終結(jié)論指向明確：

該飛機(jī)部件在40kN拉伸疊加26kN壓縮載荷下才發(fā)生斷裂，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)要求的±20kN/-13.2kN循環(huán)35000次。

L-PBF鈦合金用于航空結(jié)構(gòu)件，技術(shù)上完全可行。

研究的一句話智慧是：

噴丸必須做到高強(qiáng)度、全覆蓋，否則性能差距可達(dá)一倍。