复合材料快捷成型技术及应用研究

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铝基复合材料快速成型制备工艺的改进研究

铝基复合材料快速成型制备工艺的改进研究

前沿技术L eading-edge technology 铝基复合材料快速成型制备工艺的改进研究刘金龙(佳木斯大学材料科学与工程学院,黑龙江 佳木斯 154007)摘 要:铝基复合材料作为一种金属基性质的复合性材料,已经被广泛应用于社会上的各个行业中,这也就表明社会各领域对铝基复合材料的要求变得越来越高了。

在这样的情况下,想要制造出高质量、高性能的铝基复合材料,材料的制备工艺也需要进行改进。

因此,对铝基复合材料快速成型制备工艺的改进进行研究。

首先,围绕对内生型和外生型两种制备工艺进行分析;其次,以微波控制煅烧温度、半固半熔状态下进行塑形、机械辅助制备这三方面来对传统快速成型制备工艺进行改进研究,从而进一步完善其制备工艺。

关键词:铝基复合材料;快速成型;制备工艺;工艺改进中图分类号:TB333 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2021)09-0109-2Study on the improvement of the rapid prototyping technology of aluminum matrix compositeLIU Jin-long(School of materials science and engineering, Jiamusi University,Jiamusi 154007,China)Abstract: As a kind of composite material with metal base properties, aluminum matrix composite has been widely used in various industries in the society, which indicates that the requirements of aluminum matrix composites in various fields of society are becoming higher and higher. In this case, the preparation process of aluminum matrix composites with high quality and high performance needs to be improved. Therefore, the improvement of the rapid prototyping technology of aluminum matrix composite is studied. Firstly, the two kinds of preparation processes are analyzed, which are endogenetic and exogenous. Secondly, the traditional rapid prototyping technology is improved by microwave controlled calcination temperature, semi solid and half melting, and mechanical assisted preparation, so as to further improve the preparation process.Keywords: aluminum matrix composite; rapid prototyping; preparation technology; process improvement铝是一种常见的金属材料,它的易导电、密度低、易熔化、易塑形的这些特殊性质决定了它会被广泛应用于社会各个领域。

复合材料模压成型工艺与应用技术

复合材料模压成型工艺与应用技术

复合材料模压成型工艺与应用技术【摘要】随着复合材料生产水平和成型效率的提高,在各行各业已经取得了广泛的应用。

通过分析SMC、WCM、PCM三种模压成型工艺的工艺特点和关键技术,对三种高效率成型工艺的应用场景进行了对比。

总结而言,通过结构统型扩大单件产量需求,采用高效率模压成型工艺实现自动化生产,将进一步降低复合材料部件的制造成本。

【关键词】复合材料;高效率;低成本;模压成型1.引言以碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等为代表的纤维增强复合材料,具备高比强度、高比模量、高耐候的优异特性,是目前最理想、应用最广泛的轻量化材料之一。

随着国内复合材料生产水平的提高以及成型效率的提升,复合材料越来越广泛地被各行各业接受。

在很多应用场景下,复合材料结构全生命周期的应用成本或低于金属结构。

面对汽车、风电、轨道交通等大批量应用场景,生产效率对成本的影响尤为关键。

复合材料的成型工艺为重要环节,高效低成本成型工艺的应用将直接降低部件的生产制造成本。

复合材料模压成型工艺是典型的高效成型工艺之一,具备以下优势:1.生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;2.产品尺寸精度高,可重复性好;3.制品的内应力很低,且翘曲变形也很小,机械性能较稳定;4.表面光洁度高,无需二次加工;5.可在一给定的模板上放置模腔数量较多的模具,生产率高;6.原材料的损失小,不会造成过多的损失(通常为制品质量的2%-5%);7.能一次成型结构复杂的制品;8.模腔的磨损很小,模具的维护费用较低。

同时模压成型也存在一定的不足:1.不适用于存在凹陷、侧面倾斜等的复杂制品;2.在制作过程中,完全充模存在一定的难度;3.模具制造较为复杂,投资较大;4.产品尺寸受压机限制,一般只适合制造中小型复合材料制品。

复合材料模压成型工艺类型很多,本文主要对三种高效率复合材料模压成型工艺技术及其应用场景进行分析。

1.复合材料高效率模压成型工艺复合材料模压成型工艺在各种成型方法中占有十分重要的地位,其优势在于成型异形制品的高效率、高可重复性制造。

快速原型技术在复合材料成型方面的应用

快速原型技术在复合材料成型方面的应用

快速原型技术在复合材料成型方面的应用摘要:快速原型技术(RP技术)是综合了机械手、材料科学、计算机技术的一种新型的材料成型工艺。

它的基本理论是:由于每个复杂形状的物体都是由几个相互平行的面结构组成的,所以,利用CAD/CAM技术可以把物体进行分层的设计,再控制操作系统把相对应的材料根据层结构组合起来,最终得到实物。

快速原型(RP)技术在制作高分子基、复合陶瓷、金属基等复合材料方面有很广阔的前景。

关键词:快速原型技术;复合材料;成形;应用随着复合材料制造市场发展的多元化,快速原型技术的产生对复合材料产品的竞争、加速新型产品的开发、制造技术的提高都有很大的推动作用。

它综合了数控、检测、激光、机械、计算机、CAD等许多学科的先进技术,很快在复合材料成形方面得到了广泛的应用。

现如今,RP技术已经是制造业新产品开发的一项关键技术。

1 快速原型技术的概述RP技术是基于物体分层原理来进行产品原型的制作的一种方法,RP技术的基本原理是:根据CAD/CAM技术构造出的理想物体的三维模型,将其进行分层处理,然后分析各层截片的轮廓数据,利用CAD/CAM设计软件将数据原型系统的激光装置,有选择的利用激光对物体进行切割箔材、烧结粉末、固化树脂、热熔材料等操作,这样可以使介质行成一系列薄层,再进行层层迭加使其形成我们设计的三维实体,从而完成所设计的新产品三维实体模型。

2快速原型技术(RP技术)的工艺方法2.1熔融沉积造型工艺这是一种将各种热熔性的丝状材料(蜡、ABS和尼龙等)加热熔化成形方法,它技术设备简单,运行费用便宜,这种工艺适用场合比较灵活,没有毒气或化学物质的危险,工艺相对于其它成型方法,比较干净、操作比较简单、且不产生多余的垃圾。

可以快速成型楼空模型,原材料以线的形式提供,相对于其它成型方法易于搬运和更快速更换。

但是问题在于精度相对低,难以成型结果比较复杂的零部件。

在垂直方向上强度较小,成形速度也较慢,不适合构建大型零部件。

快速成形技术中材料成形性的研究进展.

快速成形技术中材料成形性的研究进展.

第 19卷第 4期 Vol 119No 14材料科学与工程Materials Science &Engineering总第 76期 Dec. 2001收稿日期 :2000-10-05基金项目 :国防科技重点实验室基金资助项目 (99JS5011121HK0204 第一作者 :沈以赴 , 南京航空航天大学材料科学与工程系 , 博士后文章编号 :1004-793x (2001 04-0090-07快速成形技术中材料成形性的研究进展沈以赴 1, 陈文华 1, 赵剑峰 1, 余承业 1, 谭永生 1, 刘方军2(11南京航空航天大学 , 南京 210016; 21高能束流加工技术重点实验室 , 北京100024 =摘要 > 简要介绍了几种典型的快速成形技术的基本原理 , 分析了快速成形技术中材料的研究和应用现状 , 讨论了快速成形技术中材料的快速成形性问题 ,并指出研究和开发快速成形材料和对新材料的快速成形性的研究是材料与制造工程科学的一个重要发展方向。

=关键词 > 快速成形 ; 材料成形性 ; 研究进展中图分类号 :TG39 文献标识码 :AThe Progresses in Formability of Materials in RapidPrototyping &Manufacturing TechniqueSHEN Y-i fu 1, CHEN Wen -hua 1, ZHAO Jian -fen 1, YU Chen -ye 1,TAN Yong -sheng 2, LIU Fang -jun2(11Nanjing University of Aeronautics &Astronautics, Nanjing 210016;21Key Laboratory for High Energy Densit Beam Processing Technology, Beijing 100024, China =Abstract > Fundamentals and characteristics of several typical Rapid Prototypi ng &M anufacturing (RP&M tech -niq ues are introduced. Furthermore, the lastest study and applications on materials wi th the techniques are described, and the formability problems of materials in RP&Mwere discussed. Studying and developing RP&Mmaterials and Researching form -abili ty of the new materials are ones of the more development directions.=Key w ords > Rapid Prototyping &M anufacturing(RP &M; formability of materials; recent advances 快速成形技术 RP&M(Rapid Prototyping &M anu -facturing 简称 RP &M在 80年代后期源于美国 , 当时 , 由于计算机技术特别是 CAD P CAM 技术的发展 , 人们可以直接获得设计零件的三维数据 , 再用分层切片软件 , 将计算机产生的 CAD 模型处理成一系列薄截面层 , 即把三维零件看成是有一定厚度的许多个很薄的二维平面层沿某一坐标方向叠加而成的 , 最后由快速成形设备将材料逐层添加堆积生成三维实体零件。

复合材料的成型工艺与应用研究

复合材料的成型工艺与应用研究

复合材料的成型工艺与应用研究在当今的材料科学领域,复合材料以其优异的性能和广泛的应用受到了越来越多的关注。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合而成的一种新型材料,其性能往往优于单一材料。

而复合材料的性能不仅取决于组成材料的性质,还与成型工艺密切相关。

本文将对复合材料的成型工艺及其应用进行深入探讨。

一、复合材料的成型工艺1、手糊成型工艺手糊成型是一种古老而简单的复合材料成型方法。

它是在模具上涂刷脱模剂,然后将增强材料(如玻璃纤维、碳纤维等)铺放在模具上,再用刷子或喷枪将树脂均匀地涂覆在增强材料上,使其浸润,最后通过固化得到复合材料制品。

手糊成型工艺的优点是设备简单、投资少、能生产大型制品;缺点是劳动强度大、生产效率低、产品质量不稳定。

2、喷射成型工艺喷射成型是将树脂和短切纤维通过喷枪同时喷射到模具上,然后压实、固化得到复合材料制品。

这种工艺可以提高生产效率,减少人工操作,但纤维含量相对较低,制品的力学性能不如手糊成型的制品。

3、模压成型工艺模压成型是将预浸料(树脂浸渍过的增强材料)放入模具中,在一定的温度和压力下固化成型。

模压成型工艺生产效率高、产品质量稳定、尺寸精度高,但模具成本较高,适合大批量生产。

4、缠绕成型工艺缠绕成型是将连续的纤维或带材通过缠绕机缠绕在芯模上,然后经过固化得到复合材料制品。

缠绕成型可以实现等强度设计,制品的强度高,但设备复杂,只适合生产圆柱形或球形等回转体制品。

5、拉挤成型工艺拉挤成型是将连续的纤维通过树脂浸渍槽,然后在牵引机的作用下通过加热模具固化成型。

拉挤成型工艺生产效率高、产品性能好,但只能生产截面形状不变的制品。

6、树脂传递模塑(RTM)成型工艺RTM 成型是将树脂注入闭合模具中,浸润预先放置在模具中的增强材料,然后固化成型。

RTM 成型工艺可以生产复杂形状的制品,纤维含量高,产品质量好,但模具设计和制造较为复杂。

二、复合材料的应用1、航空航天领域在航空航天领域,复合材料由于其轻质、高强、耐高温等性能,被广泛应用于飞机、卫星、火箭等飞行器的结构件中。

航空复合材料整体成型技术应用现状与分析

航空复合材料整体成型技术应用现状与分析

航空复合材料整体成型技术应用现状与分析作者:周长庚,荀国立,邱启艳,袁超来源:《新材料产业》 2016年第5期文/ 周长庚荀国立邱启艳袁超中航复合材料有限责任公司复合材料由于具有高比强度、高比刚度、性能可设计、抗疲劳性和耐腐蚀性好等优点,因此越来越广泛地应用于各类航空飞行器,大大地促进了飞行器的轻量化、高性能化、结构功能一体化。

复合材料的应用部位已由非承力部件及次承力部件发展到主承力部件,并向大型化、整体化方向发展,先进复合材料的用量已成为航空器先进性的重要标志[1,2]。

复合材料整体成型是指采用复合材料的共固化(C o - c u r i n g)、共胶接(C o -b o n d i n g)、二次胶接(S e c o n d a r yb o n d i n g)或液体成型等技术和手段,大量减少零件和紧固件数目,从而实现复合材料结构从设计到制造一体化成型的相关技术。

在复合材料结构的设计和制造过程中,将几十甚至上百个零件减少到一个或几个零件,减少分段、减少对接、节省装配时间,可大幅度地减轻结构质量,并降低结构成本,而且充分利用了固化前复合材料灵活性的特点[3-4]。

国内外航空领域广泛地采用整体成型复合材料主构件,如诺·格公司的B2轰炸机、波音(Boeing)公司的787飞机和洛马公司的F35战斗机均在机身和机翼部件中大量运用整体成型复合材料,整体成型结构已经成为挖掘复合材料结构效率,实现复合材料功能结构一体化以及降低复合材料制造成本的大方向[5]。

一、复合材料整体成型技术的优点复合材料构件逐渐向整体化和大型化的结构发展成为必然趋势,复合材料整体成型技术具有诸多优点,对于扩大复合材料在航空领域的应用具有深远的意义。

1. 降低复合材料构件的制造成本由于整体化成型技术将诸多零件通过共胶接、共固化、二次胶接等方式整合成一个或几个零件,减少了结构的分段和对接从而大幅度地减少结构质量。

由于复合材料的成本最后是以单位质量进行计量,因此减轻质量一定会带来成本降低的直接效应。

航空复合材料整体成型技术应用

航空复合材料整体成型技术应用

航空复合材料整体成型技术应用◎孙玉强航空复合材料整体成型技术的应用能够简化以往的结构制造流程,可以在短时间内完成零部件的生产加工,对提升航空设备生产制造效率有着积极影响,同时也可以降低成本方面的投入,在当前的航空制造企业中得到了广泛应用。

这项技术的应用前景较为广阔在现代化的发展环境中,加强对复合材料整体成型技术的研究对航空制造行业的发展具有现实意义。

一、航空复合材料整体成型技术的应用优势复合材料的整体化和大型化应用是目前航空制造领域的主要发展趋势,能够改善小尺寸材料应用中存在的不足,可以满足航空设备不同部位的装配需求,保证了复合材料的应用质量能够为航空设备的安全稳定提供保障。

整体成型技术的应用能够很好的满足以上要求,其应用优势主要体现在以下方面:1.经济性。

整体成型技术在实际应用过程中采用了多种连接方式将多个零部件连接在一起形成一个整体,便于后续装配工作的顺利开展,缩短了设备的装配时间不用花费较长的时间进行各零部件的对接工作,能够进行大范围装配,零部件的数量有所减少整体的工作效率得到了显著提升。

另外,整体化的设备结构在进行成本核算的过程中,由于结构质量减轻投入的成本也有所降低所以这项技术的应用具有良好的经济性优势。

2.促进装配工作的顺利开展。

以往在进行航空设备生产制造的过程中,由于设备的整体结构较为复杂在装配过程中所需的紧固构件比较多,装配人员的工作量比较大,而且装配质量也容易受到人为因素的影响而无法得到保障,不能对航空装配工作的整个流程进行有效管理。

而复合材料整体成型技术的应用可以将结构连接在一起,不用使用较多的紧固构架进行各部位的连接工作,能够根据实际需要针对性的应用这项技术,整体的灵活性比较强。

另外,紧固构件数量的减少也在一定程度上减少了装配人员的工作量,缩短了飞机构件的装配时间。

在一些承力部位的机械连接操作中,所采用的紧固构件以钛合金紧固件为主,相对来说投入成本较高。

另外,在进行装配施工时,需要借助专用的工具进行钻孔操作,对于钻孔的质量和精度要求较高,这也会产生大量的人工成本投入。

快速成型技术及其应用

快速成型技术及其应用

快速成型技术及其应用一、本文概述随着科技的迅速发展和市场竞争的日益激烈,产品的设计、开发和生产周期已经成为决定企业竞争力的关键因素。

在这一背景下,快速成型技术(Rapid Prototyping,简称RP技术)应运而生,以其独特的优势在生产制造领域引发了深刻的变革。

本文旨在全面介绍快速成型技术的基本概念、发展历程、主要类型及其在各行业中的应用实例,分析快速成型技术带来的经济效益与社会影响,并展望其未来的发展趋势和挑战。

通过对这一技术的深入探讨,我们期望能够帮助读者更好地理解并应用快速成型技术,以促进企业创新能力的提升和产业升级的加速。

二、快速成型技术的基本原理与分类快速成型技术(Rapid Prototyping, RP)是一种基于三维计算机辅助设计(CAD)数据,通过逐层堆积材料来制造三维实体的技术。

其基本原理可以概括为“离散-堆积”。

将三维CAD模型进行切片处理,得到一系列二维层面信息;然后,按照这些层面信息,通过特定的成型设备,如激光烧结机、熔融沉积机、光固化机等,将材料逐层堆积起来,最终形成与原始CAD模型一致的三维实体。

根据成型材料的不同和成型方式的差异,快速成型技术可以分为以下几类:熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling, FDM):该技术使用热塑性材料,如蜡、ABS塑料等。

材料在喷头中加热至熔融状态,然后按照CAD模型的切片信息,通过喷头逐层挤出材料,冷却后形成实体。

光固化成型(Stereo Lithography, SLA):使用液态光敏树脂作为材料。

在紫外光照射下,液态树脂逐层固化,形成实体。

该技术精度较高,适用于制造复杂结构和高精度的模型。

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS):采用粉末状材料,如塑料粉末、金属粉末、陶瓷粉末等。

在激光的作用下,粉末逐层烧结,形成实体。

该技术可以制造金属和陶瓷等高强度材料的零件。

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复合材料快捷成型技术及应用研究
复合材料是一种由两种或多种不同的材料组成的材料,它们的组合可以共同提
高性能,以适应各种工业和商业应用领域的需求。

由于其高强度轻质、强度高、
抗腐蚀性好、耐高温、耐磨损和低摩擦等特性,它成为了现代工业中应用最广泛的材料之一。

此外,复合材料还可以在设计灵活性、成本效益和生产效率方面带来额外的优势。

因此,快捷、经济地制造高性能复合材料已成为当前材料研发的重要任务之一。

一、快捷成型技术的介绍
快速成型是一种将三维计算机辅助设计数据转换为实际模型的加工方法。

快速
成型技术为制造商提供了完成快速成型的选择,这种技术是一种增材制造过程,因此可以通过叠加材料的方式构建复杂的三维形状。

由于传统的机械加工和成型过程通常需要昂贵的模具和耗时的手工操作,因此快速成型技术正在成为更优越的选择。

快速成型技术中的一种,光固化成型技术,基于3D打印技术,是自底向上逐
层构建的过程,通过使用可紫外线固化的树脂或聚合物来创建实体或空心的复合材料零件。

这种方法的优点是可以在不使用模具的情况下制造高精度、复杂形状的模型。

此外,材料的限制更少,因为不必依赖于可供进行加工的原始材料的可能性,因此可以实现全新的结构、材料和几何形状。

二、快捷成型技术在复合材料制造中的应用
快速成型技术在复合材料制造中的应用已经有一段时间了,最初主要应用于制
备实验室尺寸的优化设计样品。

然而,随着技术的发展和更好的材料、设备的使用,该技术正在被视为制造多种复杂型号的零件和工业产品的重要手段。

例如:飞机零件、汽车车身、机械工具等。

[图片]
这是一个使用快速成型3D打印技术制造成型的平面,来制作具有复杂表面的碳纤维复合材料。

采用复合材料来制造这些受压力影响较大的构件可以减轻质量并提高强度,这样可以降低飞机和汽车的燃料消耗并减少空气和道路噪音。

一些材料,如碳纤维等,因具有高应力强度和刚性等优势而成为复合材料制造的最佳选择。

而这些材料通常只能通过成型或缠绕等传统方法来塑造,这些方法的主要问题是会浪费大量时间和金钱。

快速成型3D打印技术使用聚合物或树脂来打印模型,并通过足够的固化来构建完整的实体。

这种方法大大降低了制造过程的制造时间和产品制造成本,并通过提高产品质量和减少废品和重工等流程来提高生产率。

三、快捷成型技术建模方法的研究
对于基于光固化的快速成型技术,建立模型是必须的。

建立该模型的方式会影响最终产品的精度、制品质量和控制生产成本的能力,因此建立高质量的模型对快速成型的成功应用至关重要。

目前,建模有两种方法:直接建模和逆向工程建模。

直接建模是通过计算机辅助设计软件来创建实体。

由于它只需使用软件,这种方法通常可以在非常短的时间内制造产品,提高了生产率。

这种方法的缺点是,如果没有足够的经验和技能,往往难以维持高质量的建模标准。

逆向工程建模是通过将真实的实体扫描成数字数据,以便在计算机上可视化它们。

该过程一般分为3个步骤:扫描、重构和建模。

扫描涉及将实体物理放置在扫描仪中,并使用”激光箭头”扫描货物,以收集有关其形状和尺寸的信息。

然后,重构将数据清理,去除任何不想要的点和线,以产生属性完整的三维模型。

最后,建立模型,对数据进行编辑、修复和分析,以生成精确的建模数据。

当然,建立模型更准确的方法还有很多,这些方法都有一些优缺点,因此选择哪种方法也依赖于具体的需求和要求。

建立高质量的建模数据对使用快捷成型技术来构建复合材料和制品具有重要意义,因为它直接影响到制品的最终质量和成本。

四、未来的研究方向
随着快捷成型技术的不断发展和应用范围的扩大,我们可以期望出现更多的研究方向,以更好地满足市场需求和成本要求。

其中一些领域可能包括:
1.所用材料的进一步改进
使用不同材料的增强方法已经获得了广泛赞誉,并且显示出优异的机械性能。

但是,随着对材料增强过程的进一步研究,将出现对材料本身进行定制、设计和改进的方法。

2.更高的打印速度和分辨率
为了提高复合材料制造的速度和效率,必须持续不断地提高3D打印技术的速度和分辨率。

材料蒸发和/或固化过程中更高的温度变化、更准确的光束和更精细的机器臂将可以带来更快的生产速度和更高的分辨率。

3.在复合材料上进行机器学习
机器学习是一种自动化学习和预测方法,已经在广泛的应用中得到了证明。

将机器学习应用于复合材料技术,将有助于提高生产效率和产品质量,并减少不必要的浪费、减少生产实验和改善流程。

综上所述,快捷成型技术是一种开发新材料和设计的重要手段,主要优点在于节约时间和成本,并提供了更高的制品精度和质量。

通过建立可靠的建模方法,优化材料增强过程或利用更高分辨率的3D打印技术,快捷成型技术还有很多可以探索和改进的地方。

只有通过这种努力,我们才能更好地掌握复合材料制造和应用技术,实现未来市场需求的高质量、成本有效率的处理。

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