智能制造-增材制造技术.ppt

智能制造 -增材制造技术目录起源及原理起源及原理1主要方法及优势主要方法及优势2国内发展现状国内发展现状3国外发展现状国外发展现状4应用与展望应用与展望5一、起一、起源及原理源及原理 起起源源：增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印（3D printing），该技术诞生于上世纪80年代的美国，又称“添加制造”技术，是一种快速成型技术，迄今已有30多年的发展历史。原原理理：增材制造技术是根据CAD/CAM设计，采用逐层累积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造（切削加工）技术，它是一种材料累积的制造方法。融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。一、起一、起源及原理源及原理 原理：原理：其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步处理四步。三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维软件中对所制作产品进行建模，因此3D打印需计算机辅助设计(CAD)技术的参与；在三维建模完成后，打印机将三维数据分割为二维数据；通过打印设备逐层进行打印；打印好的三维产品要经过后处理才能出厂或使用，后处理工艺一般包括剥离、固化、修整、上色等。采用增材制造生产的汽车、鞋子二、主要方法及优势主要方法基本材料选择性激光烧结选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末直接金属激光烧结直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）几乎任何合金熔融沉积成型熔融沉积成型（fused deposition modeling，FDM）热塑性塑料,共晶系统 金属、可食用材料立体平版印刷立体平版印刷（stereolithography，SLA）光硬化树脂（photopolymer）数字光处理数字光处理（DLP）液态树脂熔丝制造熔丝制造（Fused Filament Fabrication，FFF）聚乳酸（PLA）、ABS树脂融化压模融化压模（Melted and Extrusion Modeling，MEM）金属线、塑料线分层实体制造分层实体制造（laminated object manufacturing，LOM）纸、金属膜、塑料薄膜电子束熔化成型电子束熔化成型（Electron beam melting，EBM）钛合金选择性热烧结选择性热烧结（Selective heat sintering，SHS）Thermoplastic powder二、主要方法及优势1.1.制造复杂物品。（目前已显现）制造复杂物品。（目前已显现）2.2.产品多样化不增加成本。产品多样化不增加成本。3.3.生产周期短。（最大的优点）生产周期短。（最大的优点）4 4.无需采用模具。无需采用模具。5.5.不占空间、便携制造。（战场、灾区）不占空间、便携制造。（战场、灾区）6.6.节省材料节省材料 。SLSCast 增材制造大型复杂发动机零部件，不需要模具，避免组装可一次成型复杂部件，大大提高了工作效率。三、国内发展现状2013年4月中国科技部最近公布了国家高技术研究发展计划（863计划）作为未来最重要的技术之一，3D打印首次入选。2015年2月11日，工业和信息化部、发展改革委、财政研究制定了国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）2015年5月18日，国务院正式发布了中国制造2025规划，作为中国版的“工业4.0计划”，规划中多次提到了对增材制造等前沿技术和装备的研发。国务院总理李克强主持国务院3D打印专题讲座三、国内发展现状编号号单位位代表代表人物人物专业工工艺产品品国家国家认可可1北航北航王王华明明铸造造材料材料激光激光熔融熔融 航空部件航空部件 国家技国家技术发明明奖一等一等奖2华中中科大科大 史玉升史玉升材料材料激光激光烧结 航空部件、汽航空部件、汽车部件、骨骼、部件、骨骼、牙牙齿 国家技国家技术发明明奖二等二等奖3西北西北工大工大 黄黄卫东铸造造激光激光熔融熔融 航空部件航空部件C919应用用4清清华颜永年永年机械机械容容积成型成型 塑料塑料5西安西安交大交大卢秉恒秉恒机械机械 光固光固化化 树脂、骨骼、脂、骨骼、芯片芯片院士院士 国内增材制造主要研究机构三、国内发展现状1、北航王华明团队 该团队从事高性能金属材料快速凝固激光制备与大型金属构件激光直接制造技术等方面的研究，以激光为热源，以钛合金粉以激光为热源，以钛合金粉末为填充材料末为填充材料，增材制造出航空结构件，其成果在C919上取得了良好的应用。技术原理示意图及成形部件三、国内发展现状2、华科史玉升团队 华中科技大学史玉升教授的研究团队开发的1.2米1.2米的立体打印机，是目前世界上最大成形空间的快速制造装备。3、西工大黄卫东团队 该团队采用激光增材制造技术成形出C919 中央翼缘条，长度超过3米，成形出飞机主承力梁长度5米，为C919首飞做出了突出贡献。增材制造C919结构件三、国内发展现状4、华科张海鸥团队 华中科技大学张海鸥教授的研究团队主要研究电弧增材制造，以焊枪和基板之间产生的电弧为热源电弧为热源，在高纯氩气高纯氩气的保护下融化不断送进的金属丝材金属丝材进行增材制造，并在堆积过程中用微型辊进行热机械加工，这样可以成形出性能优越的大型结构件。成形原理及成形的大型构件四、国外发展现状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所与企业联盟。英国政府自2011年开始持续增大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。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。四、国外发展现状1、德国EOS公司 该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）SLS增材制造出的复杂结构件四、国外发展现状2、德国Frauhofer 研究所 2002 年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成功，可一次性地直接制造出完全致密性的零件。利用高亮度激光直接熔化金属粉末材料，无需粘结剂，由 3D 模型直接成形出与锻件性能相当的任意复杂结构零件，其零件仅需表面光整即可使用。技术原理图四、国外发展现状3、美国AeroMet公司 该公司以激光、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。其技术应用于F15等战斗机机翼梁修复。4、英国Rolls-Royce公司 该公司采用增材制造技术进行航空发动机叶片修复，实现了高性能、高效率和低成本修复和再制造。五、应用与展望3D打印应用领域食品产业医疗行业科学研究汽车制造业建筑设计产品模型五、应用与展望世界上第一辆“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。借助3D打印技术，一只生活在3.9亿年前浑身尖刺、全 身硬甲覆盖的软体动物近日再次展现在人们眼前。赛车“阿里翁”3D打印远古生物五、应用与展望美国一家儿科医学中心利用3D打印技术成功制造出全球第一颗人类心脏，这颗用塑料塑料打印出的心脏可以像正常人类心脏一样正常跳动。外科医生能够利用3D打印心脏来练习复杂的手术。12名耶鲁学生和他们的教授一起，通过3D打印，重建古罗马城市景观。人工打印心脏古罗马城市模型五、应用与展望技术上：从快速成型、工艺辅助等间接制造发展为零部件直接制造，新材料、新器件、新产品不断出现；设备上：向产品化、系列化和专业化方向发展；从科研和工业等高端型向办公和个人消费等大众化型拓展；产业上:形成了集装备、材料、软件、服务于一体的的产业链，初具产业规模；应用上：多学科交叉，应用领域不断扩大。发展趋势展望五、应用与展望机理上：在基础理论与成形机理研究方面，我国在一些局部点上开展研究，但国外研究更基础、更系统和更深入；设备上：我国增材制造设备精度稳定性还需要提高，在设备智能化方面也与国外先进设备有一定差距；部件上：激光器、精密光学器件等装备核心元器件较为依赖进口；产业上：在典型关键领域进行了局部应用，但缺乏产业链，产业规模提升空间大。我国尚需突破的瓶颈谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！