增材制造技术发展.ppt
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1、AdditiveManufacturingTechnologyandItsEfAdditiveManufacturingTechnologyandItsEffectonManufacturingofChinafectonManufacturingofChina2014.05.29.,BeijingBAMTRI,AVIC.Prof.Dr.GONGShuili2021/5/271内 容 提 要1 12 2DevelopmentofInternational5 53 34 4IntroductionTechnicalmethodsandmeansDomestictechnologydevelopme
2、ntsDisparityandsuggestions目 录2021/5/272AdditiveManufacturing(AM or 3D Printing):是人类通过对物质可控的动态累积以逼近目标形体的一种生产过程;是与材料去除成形、受迫成形等对应的科学技术体系;是以“堆积”为共同特征的技术群。一、Introduction2021/5/273uReshapingtheglobalmanufacturingcompetitionstructurel上世纪美国时代周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”l英国经济学人杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”uChan
3、getheproductionandlifemodeinthefuturel社会化制造l那么每个人都可以成为一个工厂l它将改变制造商品的方式l并改变世界的经济格局l进而改变人类的生活方式 一、The third industrial revolution?!2021/5/274一、Strategic significance of AM for Chinau可成为我国制造业自主创新的有效手段;u符合绿色制造发展方向,有利于制造业的可持续发展;u可促进传统制造技术水平的提升,促进制造与服务融合发展;u有望培育新兴产业、优化产业结构、促进产业升级。uAneffectivewayforindepen
4、dentinnovationofmanufacturingindustryforChinauCompliancewiththegreenmanufacturingdevelopment,andconducivetothesustainabledevelopmentofmanufacturingindustry;uPromotetheupgradingoftraditionalmanufacturingtechnology,andthefusiondevelopmentbetweenmanufacturingandservice;uExpectedtocultivatenewindustries
5、,optimizetheindustrialstructureandpromoteindustrialupgrading2021/5/275Aerospace高性能金属零件直接增材制造技术的发展,为航空航天产品从产品设计、模型和原型制造、零件生产和产品测试都带了新的思想和技术途径,有望大幅缩短航空航天产品的研发和生产周期the development of direct manufacturing technology of performance parts,new ideas and technical approach are brought into product design,mo
6、del and prototype manufacturing,parts manufacturing and product testing,which is expected to significantly shorten the research and development cycle of aerospace production.增材制造大型复杂发动机机匣铸造熔模(直径增材制造大型复杂发动机机匣铸造熔模(直径1.21.2米原来米原来需要机加工或模具压制多个局部结构,然后拼接成整体,需要机加工或模具压制多个局部结构,然后拼接成整体,精度难以控制,工序繁琐,周期长,增材制造方法精度
7、精度难以控制,工序繁琐,周期长,增材制造方法精度高、整体成形、周期短。高、整体成形、周期短。激光近成形的叶片激光近成形的叶片(OptomecOptomec公司),公司),传统传统铸锻,均需制造复杂模具,铸锻,均需制造复杂模具,增材制造实现自由成形增材制造实现自由成形SLSCast2021/5/276一、Development history of AM technology快速原型快速原型/快速成形快速成形快速工具快速工具/模具模具/铸型铸型快速成形快速成形直接制造直接制造2021/5/277uVerificationand presentation of concept概念验证和呈现l工业设
8、计l产品设计uDesign verificationand testu设计验证和测试l反复设计和优化l成型、装配和功能性测试uProductionand manufacturinguMolding and secondary operations 制模与二次操作 l热成型 l砂型铸造 l金属镀层 lEDM电极uSmall batch production,mass production 批量生产l失蜡铸造l吹塑制模 l塑料挤塑 l环氧制模 一、Major use生产与制造l直接制造零件2021/5/278 二、Technical methods and means:Major processT
9、echnologyMaterial CharacteristicsApplications光固化成形(SLA)液态树脂精度高;表面质量好航空航天、生物医学等激光选区烧结(SLS)高分子、金属、陶瓷、砂等粉末材料成形材料广泛、应用范围广等制作复杂铸件用熔模或砂芯等激光选区熔化(SLM)金属或合金粉末可直接制造高性能复杂金属零件用于航空航天、珠宝首饰、模具等熔融沉积制造(FDM)低熔点丝状材料零件强度高、系统成本低汽车、工艺品等激光近净成形(LNSF)金属粉末成型效率高、可直接成形金属零件航空领域电子束选区熔化(EBSM)金属粉末可成形难熔材料航空航天、医疗、石油化工等电子束熔丝沉积(EBFFF)
10、金属丝材成形速度快、精度不高航空航天高附加值产品制造分层实体制造(LOM)片材成形速率高、性能不高用于新产品外形验证立体喷印(3DP)光敏树脂、粘接剂喷粘接剂时强度不高、喷头易堵塞制造业、医学、建筑业等的原型验证2021/5/279Industry chain of AMIndustry chain of AMUSERUSERpost-treatmentandservicesManufacturingManufacturingEquipmentEquipmentMaterialMaterial Additivemanufacturinghasalongindustrychain,andimpr
11、ovesthetechnologyandeconomy.母合金、中间合金、金属冶炼、粉末、母合金、中间合金、金属冶炼、粉末、金属丝材、材料检测、材料储运金属丝材、材料检测、材料储运激光器、电子枪、成形软件、机电控制、激光器、电子枪、成形软件、机电控制、传感器、机床、装备集成、真空器件、传感器、机床、装备集成、真空器件、气体循环器件、冷却系统气体循环器件、冷却系统产品研制、工艺开发等、委托产品研制、工艺开发等、委托加工加工机械加工、热处理、表面处机械加工、热处理、表面处理、无损检测、性能测试、理、无损检测、性能测试、生物陶瓷、净化生物陶瓷、净化2021/5/27104.4 国际发展现状uEuro
12、peanandAmericancountrieshaveincreasedtheirsupport,andmadethenationalstrategiesandplansforadditivemanufacturingdevelopment;Ithasdrawmoreattentionofgovernment,researchinstitutions,enterprisesandthemedia.2012年3月,美国白宫宣布振兴美国制造的新举措,将投资10亿美金帮助美国制造体系的改革,鼓励优先发展增材制造为代表的数字化制造技术;在全国范围筹建多个研究与企业联盟英国政府自2011年开始持续增大
13、对增材制造技术的研发经费,目前已在多个大学建立了增材制造研究中心德国建立了直接制造研究中心,主要研究和推动增材制造技术在航空航天领域中结构轻量化方面的应用西班牙也启动了增材制造专项,研究增材制造共性技术、材料、技术交流及商业模式等内容日本一直重视增材制造技术,研制和应用水平走在了亚洲前列三:Development and trends of International AM2021/5/2711Clear development ideas大型运输机舱体壁板结构航空发动机机匣Basic research Standard setting Industry applications Indust
14、rial Development三:Development and trends of International AM2021/5/2712Clear development projectsResearchplanofelectronbeamrapidprototypingmadebyAmericanNASA三:Development and trends of International AM2021/5/2713uDirect manufacturing of performance parts.Performance is close to the traditional proce
15、ss;Applied in some complicated conditions.英国南安普顿大学设计并利用增材制造技术制造了世界上第一架“3D打印”无人驾驶飞机,最高时速达100多公里世界上第一辆“3D打印”赛车“阿里翁”,已在德国的霍根海姆赛道完成测试,时速达141公里4.4 国际发展现状三:Development and trends of International AM2021/5/2714Europehave carried out extensive esearch l意大利意大利AVIO公司公司电子束选区熔化电子束选区熔化生产线拥有生产线拥有13台设备;台设备;l英国罗英国罗
16、罗公司正在建立拥有罗公司正在建立拥有30台设备的台设备的电子电子束选区熔化束选区熔化生产线。生产线。大推力涡扇发动机钛铝合金大推力涡扇发动机钛铝合金三四级涡轮叶片三四级涡轮叶片p “Rapid Rapid manufacturing manufacturing center center of of large large aerospace aerospace partsparts”,has has been been established in 2007established in 2007p Additive Additive manufacturing manufacturing o
17、f of small small and and precise precise structure structure keeps keeps ahead ahead of the world.of the world.空空客客、罗罗罗罗、EADSEADS等等公公司司的的飞飞机机及及发发动动机机上上已已有有大大量量应应用。用。2021/5/2715uSolving the manufacturing problems for difficult-machining materials。例如,德国EOS公司开发的选区激光烧结(SLS)增材制造装备可成形传统工艺(注塑、挤塑)难加工的耐高温塑料利
18、用基于粉材的激光烧结工艺可成形复杂高精度零部件,力学性能较尼龙等塑料高出1倍(拉伸强度达95MPa,杨氏模量达4400MPa)特别是具有优异的耐高温性能,可连续服役于180摄氏度的动态力学场合、240摄氏度的静态力学场合以及260摄氏度电气场合等三:Development and trends of International AM2021/5/2716uRepairing and re-manufacturing high temperature parts。以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技术为代表,已应用于机械、能源、船舶等领域核心、高附加值零部件的快速修复美国AeroMet公
19、司应用于F15等战斗机机翼梁修复英国Rolls-Royce公司用于航空发动机叶片修复激光成形修复的发动机零件激光成形修复的发动机零件相比传统电镀、热喷涂等技术,增材制造技术的使用,实现了高性能、高效率和低成本修复和再制造三:Development and trends of International AM2021/5/2717uRapid customizing personalized structure in biomedical area。与生物医疗技术相结合,应用于牙齿、骨骼等“人体零部件”修复或植入手术中。在过去的10余年,增材制造在生物医疗领域的应用比重约为占全部应用的15%。增
20、材制造的人体修复体增材制造的人体修复体增材制造的金属牙齿已应用于人体,并有专用装备增材制造金属颅骨修复体,已获临床应用增材制造人体关节金属修复体,已有专业的服务公司4.4 国际发展现状三:Development and trends of International AM2021/5/2718u“three-dimensional printing”of micro and nano structures in the field of electronics manufacturing.与电子制造技术相融合,可应用于有机发光二极管、薄膜太阳能电池、无芯片RFID标签、柔性显示器等微纳尺度功能
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