戰斗機教練機3D打印鈦合金部件疲勞性能摸底：兩種設備兩種噴丸

戰斗機上一個巴掌大的鉸鏈，能不能用3D打印來做？

芬蘭人用實驗數據回答了這個問題。

這項研究來自LUT大學與Patria航空公司的合作。他們瞄準的是BAE Hawk Mk.66教練機的尾翼鉸鏈。

一個在服役中頻繁開裂的鍛造鋁合金部件。

團隊用L-PBF打印的Ti6Al4V替代，并驗證疲勞性能能否達標。

材料選擇上沒有太多懸念。 AlSi10Mg等高強鋁合金工藝成熟，但疲勞性能撐不住這個應用場景。

所以選了Ti6Al4V。

設計思路方面，團隊先用拓撲優化找方向，最終方案是雙腹板構型，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，團隊坦言這在常規設計中并不推薦，這里更多是為研究目的服務。

成品206g，只比原件重4g。

實驗分四組跑。 設備用了EOS（層厚40μm）和另一種沒說品牌的SLM設備（層厚60μm）兩種，后處理走玻璃噴丸和陶瓷介質噴丸兩條路線，形成四種組合。

所有試樣統一做800°C真空熱處理，孔位機加工。

結果拉開了明顯差距。

EOS設備配合玻璃噴丸是優勝組，按局部應力折算，疲勞強度是其他三組的兩倍。

差距從何而來？ 研究從三個角度拆解了原因。

一是殘余應力差異巨大。

玻璃噴丸試樣表面壓應力平均達到-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，優勝組的內外表面都獲得了高覆蓋率噴丸處理，而其他三組的內側表面幾乎沒有被有效處理到。

失效位置隨之轉移。

優勝組的裂紋起源于朝下的凹槽處（該處表面質量本就較差），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節兜住了，失效被迫轉移到次弱位置。

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，當載荷方向平行于打印方向時，可能成為內部應力集中源。

文章最終結論指向明確：

該飛機部件在40kN拉伸疊加26kN壓縮載荷下才發生斷裂，遠超設計要求的±20kN/-13.2kN循環35000次。

L-PBF鈦合金用于航空結構件，技術上完全可行。

研究的一句話智慧是：

噴丸必須做到高強度、全覆蓋，否則性能差距可達一倍。