金属材料增材制造技术在高铁领域研究现状.pdf
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1、2023221金属材料增材制造技术在高铁领域研究现状太原铁道科技技术改进金属材料增材制造技术在高铁领域研究现状李文皓:石家庄铁道大学摘要:极端复杂工况条件对材料的功能性提出了新的发展需求。金属材料增材制造技术相比传统制造技术在材料零件的制造上具备更大的优势,在高铁领域中具有广阔的应用前景,可以满足这些领域对部件的高性能、多功能化需求。根据近年来金属材料增材制造技术的研究进展,介绍了金属增材制造技术在高铁领域的广泛应用及电子束熔融技术、电子束焊接技术、激光选区烧结技术、激光选区熔化等制造技术,并对其发展趋势和技术难点进行了展望。关键词:增材制造;金属;高铁金属增材制造技术是一种通过逐层堆积金属粉
2、末或线材来构建三维物体的制造技术。该技术可以实现高精度,个性化和小批量生产,具有广泛的应用前景。金属增材制造技术的发展历程可以追溯到2 0世纪8 0 年代。最初以激光烧结技术为主,后来逐渐发展出了电子束烧结技术,喷墨打印技术,选择性激光烧结技术等多种技术。目前,金属增材制造技术主要分为粉末床烧结,线材熔化和粉末喷射三类。粉末床烧结技术是目前应用最广泛的金属增材制造技术之一,其主要原理是通过逐层烧结金属粉末来构建三维物体;线材熔化技术则是通过将金属线材逐层熔化并堆积来构建三维物体;粉末喷射技术则是通过高速喷射金属粉末并利用激光或电子束熔化来构建三维物体。在研究方面,当前的研究主要集中在材料性能、
3、工艺参数优化、设计和仿真等方面。研究金属增材制造技术的学者正在探索不同材料的制造方法和性能,如钛合金、铝合金和不锈钢等 2 。此外,研究人员还在探索如何优化工艺参数以获得最佳结果,如光束功率,扫描速度和温度等。同时,还有致力于开发新的设计工具和仿真软件研究,以提高生产效率和降低成本。目前,金属增材制造技术已经应用于高铁领域。自2 0 世纪8 0 年代3 DSystems公司推出的第一台SLA250打印机面世至今,金属增材制造作为3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,在航空航天、生物医疗和车辆工程等领域发展前景广阔。研究金属增材制造技术的学者正在探索不同材料的制造方法和性能。尽管金属增材制造技
4、术已经取得了显著进展,但仍存在一些研究空白,其中一个主要问题是解决金属粉末在床层中分布不均匀的问题,这一问题可能导致制造的零件出现缺陷。另一个问题是如何提高制造速度,以满足大规模生产的需求。此外,还需要更深人的研究在不同应用领域中使用金属增材制造技术的可行性和局限性。本文通过对金属材料的加材加工工艺进行了归纳和总结,指出了其在高铁行业中的应用,详细介绍2220232太原铁道科技技术改进金属材料增材制造技术在高铁领域研究现状了这些技术的分类、原理和应用。1高铁领域的金属增材制造技术1.1金属增材制造技术在高铁领域的应用金属增材制造(MetalAdditiveManufacturing)技术在高铁
5、领域的应用较为广泛,主要用于生产各种结构件和零部件。车身结构件:可以快速生产出各种车身结构件,如车轮、支架、架子、框架等,从而大大提高生产效率和产品质量。内饰件:可以生产出各种复杂的内饰件,如座椅、把手、面板等,满足不同客户的需求。电子组件:可以生产出各种精密的电子组件,如电缆槽、电路板等,为高铁的电子系统提供支持。可靠性试验样品:可以快速生产出可靠性试验样品,以便于评估产品的可靠性和耐久性。1.2金属增材制造技术在高铁饰件的应用金属增材制造技术在高铁饰件方面保持高质量和精确度的同时,以更低的成本生产复杂的三维形状。这对于制造客车饰件是非常有利的,因为它们通常具有复杂的几何形状和微妙的细节变化
6、。与传统的制造技术相比,金属增材制造还具有更快的生产速度、更高的材料利用率和更环保的生产方式。这些优势在生产高铁饰件方面得到了充分证明,在一些情况下可以显著降低生产成本。尽管金属增材制造在高铁饰件方面已经取得了显著进展,但仍然存在一些挑战,由于金属增材制造技术是一门新兴技术,尚存在专业人员和设备不足等问题。此外,不同的金属材料在增材制造过程中的表现不同,对金属材料的选择也是一个挑战。1.3金属增材制造技术在高铁电子组件的应用金属增材制造技术在高铁电子组件生产复杂的三维电子结构提供了更多的选择,并允许在保持高质量和精确度的同时降低生产成本。例如,金属增材制造技术可以生产出具有复杂形状的电子结构,
7、在信号处理器的散热器、电源模块的支架和信号发生器的散热片结构中可以通过提高散热效率和减少故障率来提高高铁电子系统的可靠性和性能。此外,金属增材制造技术还可以生产出具有微型孔洞的电子结构,这些孔洞可以用于提高电子组件的功能。通过在电子结构中加人微型孔洞,可以提高电磁屏蔽效果,从而提高电子系统的可靠性。1.4金属增材制造技术在高铁车轮的应用金属增材制造技术可以用来制造高铁的车轮、轴承和其他重要的部件。一个关键的优点是金属增材加工技术能够生产出高精度、高强度的部件,可以满足多种需求。此外,由于增材加工可以极大地减少废料,因此它具有很高的资源利用率,这在金属材料制造过程中变得尤为重要。另一个重要的优点
8、是增材加工可以加快生产过程,因为它可以直接在金属表面上进行加工,减少了对中间模具的需求,因此可以大大缩短生产周期。在材料方面,目前正在努力开发新型金属材料,以适应高速铁路对金属材料高强度、高耐磨、耐腐蚀的特殊性能需求。设备方面金属增材技术的设备需要满足高铁生产的高精度、高效率和高产量等要求,目前,研究者正在研发新型3 D打印设备,以提高生产效率。技术方面金属增材技术需要满足高铁生产的各种复杂形状和精密结构等要求,目前已经在探索多种新型金属增材技术,以适应高铁的需求。金属增材加工技术在高铁车轮的作用主要有以下几方面:(1)生产轻量化车轮:通过金属增材加工技术可以生产出轻量化的车轮,这些车轮的质量
9、较轻,可以降低高铁的整体重量,提高运行效率。(2)提高车轮的耐久性:金属增材加工技术可以生产出高强度的车轮,这些车轮的耐久性更好,能够承受更大的压力,提高高铁的运行安全。(3)减少生产废料:金属增材加工技术可以减少生产过程中的废料,提高资源利用率,减小对环境的影响。2023223金属材料增材制造技术在高铁领域研究现状太原铁道科技技术改进(4)加快生产进度:金属增材加工技术可以直接在金属表面上进行加工,减少了对中间模具的需求,因此可以大大缩短生产周期。总的来说,金属增材加工技术在高铁的应用具有很高的实际意义。2金属材料增材制造技术的分类根据使用能源不同,常见的金属增材制造技术如下:(1)采用电子
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