增材制造技术在航空航天工程领域应用案例
增材制造及其航空航天领域的发展现状
1金属增材制造的种类和原理金属增材制造（Additive Manufacturing，简称AM）技术区别于传统的铸、锻、焊等热加工“等材成形”技术及车、铣、磨等冷加工“减材成形”技术的一种全新的制造方法，是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种自下而上的制造方法[2]。
它是融合了计算机软件、材料、机械、控制等多学科知识的系统性、综合性的技术。
增材制造按照不同的加工方法可分为激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造等，有的加工方法仍可细化成两种或多种不同的具体方式。
下面将对各种不同增材制造方法的原理和特点进行阐述，并对各自的国内外研究现状进行介绍。
2激光增材制造激光增材制造分为激光选区熔化技术和激光直接沉积技术，激光选区熔化成形技术原理：它是以激光作为热源，一层一层熔化金属粉末，直接制造出近形的金属零件。
激光快速成形技术打破了传统材料去除或变形加工成形方法的限制，利用“离散+増堆积”的材成形思想，通过同步送粉(送丝)或激光熔覆数字化成形一步实现工件的精确成形；属近净成形制造技术。
激光直接沉积技术是在快速原型技术和激光熔覆技术的基础上发展起来的一种先进制造技术。
该技术是基于离散/堆积原理，通过对零件的三维CAD模型进行分层处理，获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，在惰性气体保护环境中，以高能量密度的激光作为热源，按照预定的加工路径，将同步送进的粉末或丝材逐层熔化堆积，从而实现金属零件的直接制造与修复。
约翰霍普金斯大学、宾州大学和MTS公司开发出一项大功率CO2激光“钛合金的柔性制造”技术，并成立AeroMet公司。
该公司的目标就是实现具有高性能、大体积钛合金零件的制造，尤其是大型整体加强筋结构钛合金零件的快速成形。
公司的主要研究方向为军事领域的航空航天用钛合金部件的激光增材制造。
该公司制造的钛合金零部件已实现装机使用。
已使用零件分别为F-22战斗机的某接头、F-18战斗机的翼跟加强板的连接吊环和起落架连接杆。
复合材料增材制造技术在直升机上的应用前景
0 引言材料的研制与直升机的更新换代密不可分，而航空领域对材料的要求更为苛刻，除了轻质高强外，还需要良好的耐高温/低温、耐腐蚀以及抗疲劳等性能。
自第三代直升机诞生以来，随着制造水平的稳步提升，传统的木质和金属结构件已逐渐被复合材料所取代，而机体结构复合材料的使用量也成为评价直升机技术水平的重要指标之一[1]。
目前，绝大部分复合材料都在使用传统的成型方法，较为常用的复材成型方法有手糊成型、喷射成型、模压成型以及RTM 成型等。
其中，手糊成型历史悠久，其加工成本低，但精度和稳定性难以保持且效率较低。
喷射成型损耗大且可控性差。
模压成型及RTM 成型都需要昂贵的模具，不易制作外形复杂的零件[2]。
随着“工业4.0”时代的到来，个性化和数字化的生产模式孕育而生，在航空航天领域，复合材料成型技术发展迅速。
随着增材制造技术在金属材料成型上的发展，越来越多的人将目光投向了复合材料。
增材制造的核心思想是“离散-堆积”，狭义上来说，它是一种以激光、电子束以及电弧等为热源，熔化粉材、丝材，逐层堆积并形成实体的技术；广义上来说，任何逐层累积的加法制造都属于增材制造领域，这种新型成型方式不需要模具和铸锻设备，成型快且自动化水平高，理论上适合成型各种形状复杂的零件。
针对直升机上各种复杂且数量众多的零部件，将增材制造技术引入复合材料成型领域可以有效地克服传统复材成型方式带来的弊端，此外，独特的成型方式在结构优化方面也有非常重要的作用。
1 复合材料在直升机上的应用现状自1970年以来，复合材料凭借其轻质高强、耐疲劳性好、减振性能好、电磁防护性能好以及可设计性强等优点逐渐提高了其在航空领域的使用率[1-3]。
按照基体材料对复合材料进行分类，大致可以分为金属基复合材料、聚合物基复合材料以及无机非金属基复合材料。
其中，树脂基复合材料的用量最大，达到90%以上。
与传统的金属材料（例如铝合金、钢以及钛合金等）相比（如图1所示），复合材料在比强度和比模量方面的优势比较明显。
激光定向能量沉积增材制造技术及应用
激光定向能量沉积增材制造技术及应用1.引言1.1 概述概述激光定向能量沉积增材制造技术是一种先进的三维打印技术，它通过激光束将金属粉末熔化并逐层积累，从而实现对复杂形状零件的快速制造。
该技术具有高效、精确、可塑性强等特点，在制造业领域引起了广泛的关注和应用。
本文将深入探讨激光定向能量沉积增材制造技术的原理和应用，并展望其在未来的发展前景。
随着科技的发展和制造业的进步，零件的制造需求日益增加，特别是那些具有复杂形状和特殊功能要求的零件。
传统的加工方法往往会遇到制造困难和高成本的问题，因此需要一种新的制造技术来满足这些需求。
激光定向能量沉积增材制造技术的出现正是为了解决这些问题。
激光定向能量沉积增材制造技术与传统的加工方法相比，具有许多独特的优势。
首先，它可以根据设计要求实现高度个性化的制造，对于小批量生产和定制化生产非常适用。
其次，该技术能够实现快速、高效的制造过程，大大节约了制造时间和成本。
此外，激光定向能量沉积增材制造技术还具有高精度、材料利用率高、具备较好的机械性能等特点，能够满足各类零件的制造要求。
该技术的原理是通过激光束在金属粉末上进行选区熔化，将熔化的金属逐层积累成为固态零件。
在这个过程中，激光束的能量被准确地控制和定向，以实现精确的制造。
同时，激光束的使用还可以避免了传统加工方式中可能产生的机械损伤和变形问题。
激光定向能量沉积增材制造技术在许多领域都得到了成功应用。
例如航空航天领域，该技术可以制造出轻量化、高强度的零件，提高了飞行器的性能和燃油利用率。
同时在医疗领域，激光定向能量沉积增材制造技术也可以制造出个性化的医疗器械和假肢等，为患者提供更好的治疗和生活质量。
展望未来，激光定向能量沉积增材制造技术将会在更多领域得到应用和发展。
随着材料科学和激光技术的不断进步，该技术的制造速度和精度将进一步提高，为制造业带来更多的机遇和挑战。
同时，随着3D打印技术逐渐普及和成熟，激光定向能量沉积增材制造技术也将成为未来制造业的重要发展方向和趋势。
金属增材制造技术的6大应用场景!
金属增材制造技术的6大应用场景！谈到增材制造技术（俗称3D打印技术）估计很多人并不陌生，但是说到增材制造技术的应用，可能大部分人还只停在以下两个阶段：1) 原型制造，即通过树脂、塑料等非金属材料打印的概念原型与功能原型。
其中概念原型用于展示产品设计的整体概念、立体形态和布局安排，功能原型则用于优化产品的设计，促进新产品的开发，如检查产品的结构设计，模拟装配、装配干涉检验等。
2) 间接制造，即通过3D打印技术完成工、模具制造，再采用3D打印工模具进行零件的制造。
殊不知，伴随着3D打印技术的发展，特别是金属3D打印技术近年来取得的进展，增材制造技术的应用已不仅仅局限于快速响应产品的外观设计，抑或是工艺辅助的间接制造，而是延伸到了金属功能零件的直接制造。
当前，通过金属增材制造技术制造的金属材料零部件越来越多的被成功应用于航空航天，国防军工、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域。
可以说，金属增材制造技术在制造行业具有更广阔的应用舞台，是增材制造领域对制造业来说最有应用价值的先进制造技术。
主要体现在以下几个方面：01成形传统工艺制造难度大的零件在制造领域，有些零部件形状复杂、制备周期长，应用传统铸造锻造工艺生产不出来或损耗较大。
而金属增材制造技术则可以快速制造出满足要求的零部件，并具有加工周期短、制造成本低、无需工装和模具等优势。
一个典型的应用就是模具行业随形冷却金属模具的制造。
金属模具冷却系统是设计模具工程之一，传统的模具冷却系统是以直线的水路设计为主，制作较简易，但需要的散热时间较长，直接影响了脱模时间、制品质量、制品外观等。
设计者通过软件分析模具与水路的散热情形，设计出了异型水路，但是受到既有加工技术的限制，使得异型水路设计只能停留在理论阶段。
金属增材制造技术出现后，使这些问题获得了突破性改善。
据悉，通过金属3D打印的异型水路模具设计时间减少了75%、制造端人力节省了50%、射出模具生产周期缩短了14％、制造费用降低了16%。
增材制造在航空航天领域的发展应用
航空航天先进材料工艺结课报告增材制造在航空航天领域的发展应用背景：增材制造的概念是在20世纪80年代后期提出的。
我国与90年代初期开始增材制造的相关研究。
经过二十几年的时间，增材制造技术已经成为一项重要的技术应用在尖端科技和日常生活中，在诸多领域内都有着广泛的应用和巨大的发展前景。
甚至有人说3D打印增材制造技术是第四次工业革命的开始。
作为尖端科技的航空航天领域，一个对材料性能有着极高要求的行业，自然早就开始应用了增材制造技术。
最初增材制造技术在航空制造业只扮演了快速原型的小角色。
而最近的发展趋势显示，这一技术将在未来的航空航天领域占据极其重要的地位。
一、增材制造技术在航空航天领域制造的优势航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用，对高效、低成本快速研制提出了迫切的要求。
增材制造技术生产零件不需要模具，可以根据零件三维模型直接构建利用计算机构建数学模型，再运用3D打印机直接生产。
增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序, 利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件, 从而实现“自由制造”, 解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形, 并大大减少加工工序。
[1]二、增材制造技术的热源种类及区别航空航天领域内的增材制造主要包括金属结构的增材制造。
目前，金属增材制造所使用的热源有三类：激光、电子束、和电弧。
以激光作为热源的金属增材制造技术有基于送粉的激光熔化沉积；以电子束作为热源的金属增材制造技术有基于铺粉的电子束选区熔化和基于送丝的电子束熔化沉积。
电弧熔丝增材制造技术采用电弧或等离子弧作为热源，将金属丝材熔化逐层堆积成形，制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属件，再铺以少量机械加工最终达到产品的使用要求。
[2]激光增材制造技术是一门融合了激光计算机软件、材料、机械、控制等多学科知识的系统性、综合性技术。
采用离散化手段逐点或逐层“堆积”成形原理，依据产品三维CAD 模型，快速“打印”出产品零件，彻底改变了传统金属零件，特别是高性能难加工、构型复杂等金属零件的加工模式。
增材制造在航空航天领域的发展应用
航空航天先进材料工艺结课报告增材制造在航空航天领域的发展应用背景：增材制造的概念是在20世纪80年代后期提出的。
我国与90年代初期开始增材制造的相关研究。
经过二十几年的时间，增材制造技术已经成为一项重要的技术应用在尖端科技和日常生活中，在诸多领域内都有着广泛的应用和巨大的发展前景。
甚至有人说3D打印增材制造技术是第四次工业革命的开始。
作为尖端科技的航空航天领域，一个对材料性能有着极高要求的行业，自然早就开始应用了增材制造技术。
最初增材制造技术在航空制造业只扮演了快速原型的小角色。
而最近的发展趋势显示，这一技术将在未来的航空航天领域占据极其重要的地位。
一、增材制造技术在航空航天领域制造的优势航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用，对高效、低成本快速研制提出了迫切的要求。
增材制造技术生产零件不需要模具，可以根据零件三维模型直接构建利用计算机构建数学模型，再运用3D打印机直接生产。
增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序, 利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件, 从而实现“自由制造”, 解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形, 并大大减少加工工序。
[1]二、增材制造技术的热源种类及区别航空航天领域内的增材制造主要包括金属结构的增材制造。
目前，金属增材制造所使用的热源有三类：激光、电子束、和电弧。
以激光作为热源的金属增材制造技术有基于送粉的激光熔化沉积；以电子束作为热源的金属增材制造技术有基于铺粉的电子束选区熔化和基于送丝的电子束熔化沉积。
电弧熔丝增材制造技术采用电弧或等离子弧作为热源，将金属丝材熔化逐层堆积成形，制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属件，再铺以少量机械加工最终达到产品的使用要求。
[2]激光增材制造技术是一门融合了激光计算机软件、材料、机械、控制等多学科知识的系统性、综合性技术。
采用离散化手段逐点或逐层“堆积”成形原理，依据产品三维CAD 模型，快速“打印”出产品零件，彻底改变了传统金属零件，特别是高性能难加工、构型复杂等金属零件的加工模式。
大型航空航天铝合金承力构件增材制造技术
大型航空航天铝合金承力构件增材制造技术单位省市：黑龙江省哈尔滨市平房区单位邮编：150060摘要：大型航空航天铝合金承力构件在航空航天工业中具有重要的作用。
这些构件承担着飞机、火箭和卫星等航空航天器的结构载荷，对于确保飞行安全和性能至关重要。
然而，传统的制造方法，如锻造和铸造，虽然在生产大型构件方面具有一定的优势，但难以满足复杂构件的制造需求。
这些方法通常需要大量的加工和修整工序，导致制造周期长、成本高，并且可能引入结构缺陷和不均匀性。
此外，传统方法对于定制化构件的生产也存在限制，无法满足快速设计和生产的需求。
增材制造技术是一种逐层添加材料来构建三维物体的先进制造方法。
它具有高度灵活性、快速响应和定制化生产的优势，因此被认为是解决传统制造方法局限性的一种潜在解决方案。
基于此，本文将对大型航空航天铝合金承力构件增材制造技术进行简单分析。
关键词：大型航空航天铝合金；承力构件；增材制造技术1.大型航空航天铝合金承力构件特点1.1高强度和轻量化大型航空航天铝合金承力构件需要具备足够的强度和刚度，同时要尽可能减少重量。
铝合金是一种轻质材料，具有良好的强度和刚度特性，使其成为航空航天领域广泛应用的选择。
1.2耐腐蚀性航空航天器常常在恶劣的环境条件下运行，如高温、高湿度和化学腐蚀等。
因此，大型航空航天铝合金承力构件需要具备优异的耐腐蚀性能，以保证其长期使用的可靠性。
1.3复杂几何形状大型航空航天铝合金承力构件的设计往往具有复杂的几何形状，以适应复杂的载荷和空间约束。
这些构件可能包含曲线、空洞、复杂的内部结构等，传统制造方法难以满足其制造需求。
1.4定制化需求航空航天领域对构件的定制化需求日益增加。
不同型号的飞机、火箭和卫星等航空航天器需要特定的构件设计和制造，以满足其性能和功能要求。
因此，大型航空航天铝合金承力构件需要具备灵活的制造能力，以适应不同的定制化需求。
1.5高可靠性和安全性航空航天器的安全性是至关重要的。
增材制造在航空航天领域的挑战与机遇
增材制造在航空航天领域的挑战与机遇一、增材制造技术概述增材制造技术，又称3D打印技术，是一种通过逐层添加材料来制造三维实体的先进制造技术。
与传统的减材制造技术相比，增材制造具有设计自由度高、材料利用率高、制造周期短等优点，正在逐渐改变制造业的生产方式。
1.1 增材制造技术的核心特性增材制造技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 设计自由度：增材制造技术能够实现复杂几何形状的制造，突破了传统制造工艺的限制。
- 材料利用率：增材制造技术在制造过程中几乎不产生材料浪费，大大提高了材料的利用率。
- 制造周期：增材制造技术能够缩短产品从设计到制造的周期，加快产品的上市速度。
- 定制化生产：增材制造技术能够实现个性化定制，满足客户对产品多样性的需求。
1.2 增材制造技术的应用场景增材制造技术的应用场景非常广泛，特别是在航空航天领域，其应用包括但不限于以下几个方面：- 复杂零件制造：航空航天领域中存在许多形状复杂、难以通过传统方法制造的零件，增材制造技术能够实现这些零件的快速制造。
- 轻量化设计：通过增材制造技术，可以实现零件的轻量化设计，提高飞行器的性能。
- 快速原型制造：增材制造技术可以快速制造出产品原型，加速产品的研发过程。
二、增材制造在航空航天领域的应用现状2.1 航空航天领域的特殊需求航空航天领域对材料性能、结构强度、重量控制等方面有着极高的要求。
增材制造技术在满足这些需求方面具有独特的优势。
2.2 增材制造技术在航空航天领域的应用案例- 飞机零部件制造：增材制造技术已经被应用于飞机发动机零部件、机翼结构件等的制造。
- 卫星部件制造：在卫星制造领域，增材制造技术用于制造卫星结构件、天线等部件。
- 发动机部件：增材制造技术在发动机的喷嘴、燃烧室等关键部件的制造中发挥着重要作用。
2.3 增材制造技术在航空航天领域的发展趋势随着技术的不断进步，增材制造在航空航天领域的应用将越来越广泛。
未来，增材制造技术有望在以下几个方面实现突破：- 高性能材料的应用：开发适用于增材制造的高性能材料，如钛合金、高温合金等。
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增材制造技术在航空航天工程领域应
用案例
近年来，随着3D打印技术的发展和应用，增材制造技术
在航空航天工程领域得到了广泛的应用和探索。
增材制造技术以其快速制造、个性化定制以及高性能材料应用的能力，为航空航天工程带来了革命性的变革。
本文将通过介绍几个具体的案例，阐述增材制造技术在航空航天工程领域的应用和优势。
首先，增材制造技术在航空航天工程中的一个重要应用领
域是航空航天发动机部件的制造。
传统的金属制造工艺通常需要多个工序，而增材制造技术可以通过一次性打印出整个部件，大大简化了制造流程，提高了生产效率。
比如，美国国家航空航天局（NASA）利用增材制造技术成功制造出了一台先进的
火箭发动机燃烧室。
这个燃烧室是通过3D打印将多个部分整
合在一起制造而成，相比传统的制造方法，不仅减轻了重量，还提高了耐热性和耐腐蚀性。
这一应用案例表明，增材制造技术能够显著提升发动机部件的性能和可靠性。
其次，增材制造技术在航空航天工程中还可应用于航天器
零部件的制造。
传统的零部件制造通常需要通过切削、铸造等工艺来实现，而增材制造技术可以直接将设计好的模型进行
3D打印，从而减少了材料的浪费和加工时间的消耗。
美国航
空航天局在航天器零部件制造方面取得了一系列的成功。
例如，他们成功实现了通过增材制造技术制造出金属螺栓和其他连接器件，这些零部件不仅具备了足够的强度和可靠性，而且还具备较轻的重量，这对于航天器飞行任务是非常重要的。
另外，增材制造技术还可以应用于复杂结构件的制造。
由
于传统的制造方法往往受到形状复杂度的限制，很难实现一些复杂结构件的制造，而增材制造技术则可以轻松地打印出各种形状复杂的结构件。
例如，美国斯科特空军基地曾使用增材制
造技术制造一种特殊的降落伞插孔盖板，这个零部件具备很高的复杂度和精确度要求，3D打印技术成功地解决了传统方法
无法生产的难题。
这一案例显示了增材制造技术在制造复杂结构件方面的独特优势和能力。
此外，增材制造技术还可以应用于快速拼装和修复航空航
天设备。
在航天器维修过程中，传统的零部件替换和修复通常需要等待一段时间来获得所需部件，而增材制造技术可以通过3D打印快速制造出需要的部件，从而缩短了维修时间。
例如，美国宇航局开展了一项实验，使用增材制造技术制造了航天器中的一个紧急修复设备。
这个设备在紧急情况下能够实现航天器外部的损坏实时修复，提高了航天器的可靠性和安全性。
综上所述，增材制造技术在航空航天工程领域的应用案例
是多样化的，并在不同方面带来了显著的改进和进步。
通过增材制造技术，航空航天工程领域可以实现更高效、更精确和更经济的制造过程，同时提高了航空航天装备的性能和可靠性。
随着技术的不断发展，相信在未来的航空航天工程领域，增材制造技术将继续发挥着重要的作用，并进一步推动行业的发展和创新。