2.金属零件激光增材制造技术的发展及应用_李怀学
金属材料激光增材制造技术
金属材料激光增材制造技术 孙峰、李广生 金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。 金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。 LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。 LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。 图1LDM激光沉积制造技术 LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点： （1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低； （2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平； （3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造； （4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形； （5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。 主要缺点： （1）制造成本较高；
（2）制造效率较低； （3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。 SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。 SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。 图2SLM激光选区熔化制造技术 SLM技术具有以下优点： （1）原材料范围广，包括不锈钢、高温合金、钛合金、钴-铬合金及难熔金属等； （2）成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求； （3）复杂零件制造工艺简单，周期短，材料利用率高； （4）成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，与锻件相当； （5）适合多孔零件的制造，实现零件的轻量化的需求。 主要缺点： （1）层厚和光斑直径很小，导致成形效率很低；
增材制造(3D打印)国内外发展状况
增材制造（3D打印）技术国内外发展状况 --西安交通大学先进制造技术研究所 2013-07-09 一、概述 增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是通过CAD设计数据采用材料逐层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”材料累加的制造方法。自上世纪80年代末增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”（Material Increse Manufacturing）、“快速原型”（Rapid Prototyping）、“分层制造”（Layered Manufacturing）、“实体自由制造”（Solid Free-form Fabrication）、“3D打印技术”（3D Printing）等。名称各异的叫法分别从不同侧面表达了该制造技术的特点。 美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义。增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其它打印技术沉积材料来制造物体的技术，3D打印也常用来表示“增材制造”技术，在特指设备时，3D打印是指相对价格或总体功能低端的增材制造设备。 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，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展。增材制造原理与不同的材料和工艺结合形成了许多增材制造设备。目前已有的设备种类达到20多种。这一技术一出现就取得了快速的发展，在各个领域都取得了广泛的应用，如在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。增材制造的特点是单件或小批量的快速制造，这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显著的作用。 美国《时代》周刊将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，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”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂，它将改变制造商品的方式，并改变世界的经济格局，进而改变人类的生活
金属材料在增材制造技术中的研究进展_胡捷
金属材料在增材制造技术中的研究进展 胡 捷，廖文俊，丁柳柳，胡 阳 （上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海２００ ０７０）摘要 对金属材料在增材制造技术研究中的发展史进行了概述，并分类描述了不同的成形机制。重点详细介绍了增材制造技术领域内各类金属材料的研究进展，种类涵盖到钛合金、镍合金、钢、铝合金和硬质合金等材料。最后提出行业应该更注重“政用产学研”五位一体化，以市场为导向，逐渐形成一系列金属材料的增材制造工艺方法及标准。 关键词 增材制造 钛合金 镍合金 钢中图分类号：ＴＧ１４ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＨＵ Ｊｉｅ，ＬＩＡＯ Ｗｅｎｊｕｎ，ＤＩＮＧ Ｌｉｕｌｉｕ，ＨＵ Ｙａｎｇ （Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｃａｄｅｍｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７０）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ，ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ 胡捷：男，１９８８年生，硕士，工程师，研究方向为金属材料的制备和加工 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｊｉｅ３＠ｓｈａｎｇ ｈａｉ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏｍ０ 引言 增材制造技术， 顾名思义，是指运用离散－堆积的方法将材料一点一点地增加起来的加工技术，主要工艺流程如图１所示 。 图１ 增材制造的工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ早期的增材制造技术主要为原型制造， 用于快速响应产品的外观设计，所用材料包括树脂和塑料。随着市场需求的不断提高，增材制造技术不能仅仅满足于外观要求，还必须 逐渐向制造功能件方向转变，由此关于金属材料的研究便不曾间断。 在２０世纪９０年代中期，美国联合技术研究中心（ＵＴＣ）与桑地亚国家实验室（Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）合作开发了激光工程化近成形制造技术（Ｌａｓｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｎｅｔ ｓｈａ－ｐｉｎｇ ，ＬＥＮＳ），该技术使用了Ｎｄ∶ＹＡＧ固体激光器和同步粉末输送系统，用于金属零件的近形制造和局部修复。与此同时，瑞典的Ａｒｃａｍ公司基于电子束熔炼快速制造技术（Ｅ－ｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＥＢＭ）发展出金属材料“自由成形技术”（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＦＦＦ），可直接由金属粉末生成完全致密零件；国内西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授突破了快速原型制造的界限，发展出激光立体成形技术（Ｌａｓｅｒ ｓｏｌｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ＬＳＦ），获得了形状较为复杂的金属零部件。随后，美国Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ国家实验室开发了直接光学制造（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｌｉｇ ｈｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＤＬＦ）的金属零件快速成型；美国Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉ－ｖｅｒｉｓｉｔｙ合作开发了形状沉积制造技术（Ｓｈａｐ ｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＳＤＭ）；美国密西根大学研究开发了直接金属沉积技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｄｅｐ ｏｓｉｔｏｎ，ＤＭＤ）；德国弗朗和夫研究所（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）开发了控制金属堆积技术（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｍｅｔａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ，ＣＭＤ）；英国Ｂｉｒｍｉｎｇ ｈａｍ大学的吴鑫华教授提出了受控激光制造技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｌａｓｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）等［１－４］ 。如今，在国内以金属激光熔覆（Ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ，ＬＣ）、金属材料选区激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＳＬＭ）或烧结（Ｓｅ－ｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ，ＳＬＳ）技术占据市场主导地位，ＳＬＳ技· ９５４·金属材料在增材制造技术中的研究进展／胡 捷等
金属零件激光增材制造技术及其应用
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 传统零件制备工艺主要是减材制造。从一块原材料开始，通过切割、钻、铣削等机械工艺方式去除部分材料，从而获得一个三维物体形态，这个过程中材料的利用率较低。而增材制造通过极小单位的原材料的叠加产生三维物体形态，虽然后期也可能通过再加工产生废料，但总体来说对材料的浪费是很少的。这在原型制作以及小批量生产上明显优于传统减材技术。 激光增材制造技术是一种基于离散/ 堆积成形思想的新型制造技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等新技术而发展起来的先进产品研究与开发技术。其基本过程是将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动通过激光熔敷、烧结、沉积等将它们联接起来，得到三维物理实体。这样将一个物理实体的复杂三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。该技术的主要特点有：高柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或只需较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速响应，适合现代激烈的产品市场。 尤其是金属零件，其主要采用激光增材制造技术，以高功率或高亮度激光为热源，逐层熔化金属粉末，直接制造出任意复杂形状的零件。其主要方法有： 1、激光直接沉积增材制造技 该技术可追溯到20 世纪70 年代末期的激光多层熔覆研究，但直到20世纪90年代，国内外众多研究机构才开始对同轴送粉激光快速成形技术的原理、成形工艺、熔凝组织、零件的几何形状和力学性能等基础性问题开展大量的研究工作。
增材制造与激光制造重点专项
附件9 “增材制造与激光制造”重点专项 2017年度项目申报指南建议 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现提出2017年度项目申报指南建议。 本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术；攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备；突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备；到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。 本重点专项按照“围绕产业链，部署创新链”的要求，围绕增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范部署任务。专项实施周期为5年（2016－2020）。 1．增材制造 1.1面向增材制造的产品创新设计技术（基础前沿类）
研究内容：研究面向金属增材制造的工艺约束建模方法，结合结构功能与承载性能约束，发展复杂整体结构的高性能轻量化拓扑优化方法，实现结构构型、功能组件布局、多材料梯度布局的整体匹配优化设计；制定面向增材制造的整体结构、多材料梯度结构优化设计的标准规范、软件，形成可供工程化应用的增材制造结构优化设计技术体系。 考核指标：建立增材制造工艺约束模型和实现方法、典型零部件结构优化设计方法及其性能评估模型，可处理100万以上变量及2种以上不同类型设计变量的混合优化；整体结构优化设计实现结构件数量减少50%以上、功能和效能提升15%以上；形成相关设计软件平台、设计标准和规范；实现在航空、航天、能源、动力等领域的应用验证。 1.2高效宽幅微滴喷射阵列打印头的研发（重大共性关键技术类） 研究内容：微滴喷射阵列打印头的流体输送特性、微小液滴形成与喷射过程、打印头寿命影响因素，液滴喷射品质的评价方法；微滴喷射阵列打印头流道结构设计、芯片封装过滤系统设计、MEMS制造工艺和CMOS工艺设计优化及集成方法；智能芯片设计及开发，芯片模块集成方法和校准方式；打印头微滴喷射控制技术。 考核指标：模块化设计，微滴喷射阵列打印头喷嘴密度大于1200个/英寸；单位打印头模块≥100mm , 集成打印宽
激光增材制造技术及研究现状
在上个世纪，增材制造( Ad di ti ve M a nu fa ct ur in g，A M) 的 概念得到了显著的发展。依据美国试验材料学会(A me ric a n S o ci et y f or Te sti n g a nd Ma te ri als，A ST M) 的定义: 增材制造技术不同于传统的减法加工过程，是基于材料的增量制造，利用3D数据模型，将材料一层一层连接起来制造物体的过程。由于增材制造技术具有设计和制造一体化、加工精度高、制造周期短，产品物理化学性能优异等特点，美国《时代周刊》将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，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”。 金属材料增材制造技术作为整个增材制造体系中最具前沿和难 度的技术，是先进制造技术的重要发展方向。对于金属材料增材制造技术，按照热源类型的不同主要可分为激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造等。其中激光增材制造(L ase r A d di ti ve M an uf act u ri ng，LA M) 技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术，也是目前金属增材制造最可靠和可行的方法。国内外增材制造的研究也主要集中在激光增材制造技术，本文在总结增材制造的发展历史基础上，重点介绍了激光增材制造的原理、激光选区熔化成形技术和直接沉积技术的发展现状，为激光增材制造在国内各个领域的应用提供支持。一、增材制造的发展历史 1983 年，美国科学家查尔斯·胡尔(Ch ar le s Hu ll) 发明光固化成形技术( st ere o l it ho gr ah y App e ar an ce，SL A) 并制造出全球首个增材制造部件。1986 年，查尔斯·胡尔获得了全球第一项增材制造专利，同年成立3D S ys t em s公司。1987 年，3D S y st em s 发布第一台商业化增材制造设备-快速成型机立体光刻机SL A-1，全球进入增材制造时代。1986年，美国的M i ch ae l F e yg in，首次提出了分层实体制造( L a mi na te d Ob je ct M a nu fa ct ur in g，LO M) 技术。1988年，美国S tr at asy s 公司首次提出熔融沉积成型技术( F us ed D epo s it io n M od el in g，F DM) 。1989 年，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的De ck ar d 提出激光 选区烧结( Se le ct i ve L as er S in te r i ng，SL S) 。1995年， 德国Fr au-ho fe r 应用研究促进协会IL T 激光技术研究所的 D r.W il-he lm M ein e rs 等在金属粉末选择性烧结基础上提出激光选区熔化成形技术( S el ec ti ve L as e r M el ti ng，S LM) 。1998 年，美国Sa nd ia 国立实验室将选择性激光烧结工艺SL S 和激光溶覆工艺( La ser Cl ad di ng) 相结合提出激光工程化净成型(L a s e r E n g i n e e r e d N e t S h a p i n g，L E N S)。1990年至现在，增材制造技术实现了金属材料的成型，进入了直接增材制造阶段，相距出现了电子束选区熔化(E BSM)、电子束自由成形制造技术( El ec tr on B eam Fr ee- fo rm Fa br i ca ti on，EB F)、等离子增材制造技术(I on Fu s io n Fo r ma ti on，I F F) 电弧增材制造( Wi r e A r c A dd it iv e Ma nuf a ct ur e，WA AM)等一系列制造工艺。2013年，美国麻省理工大学研发了四维打印技术( Fo ur D i- m ens i on al
激光增材制造中的过程监控
2015-03-19 00:21:03 在过去的近两年时间里，增材制造（AM）金属零件的技术在工业领域引发了巨大的风暴。根据业内专家Terry Wohlers（Wohlers Associates公司）的介绍，增材制造行业在2013年整体增长了34.9%，其中金属增材制造子行业增长超过75%。Wohlers评论说：“过去十年，金属增材制造行业的发展超过了塑料25年内走过的路。包括汽车、医疗以及航空航天在内的需求推动着金属增材制造工艺的突飞猛进。GE航空发动机（GE Aviation）公司打算用增材制造技术来生产他们的LEAP引擎的燃油喷嘴，同时欧洲航空防务及航天公司（EADS）也对用于空客飞机的增材制造结构零件做出了评估，综上表明，粉末床金属增材制造技术已经开始被行业接受。 尽管如此，问题仍然存在，例如工艺的可靠性和成品零件的材料性能的重复性。Florian Bechmann博士（德国OEM设备制造商Concept Laser公司的研发总监）在最近一次接受采访时指出：“在金属增材制造设备领域，越来越多的客户对过程监控和连续生产的能力提出期许，例如工业级的复现性。”激光选区熔化（SLM）增材制造工艺的在线实时监控承诺可以满足上述需求，但是这一监控技术目前还处于发展的初期阶段。在这篇文章里，我们将回顾增材制造研究与设备开发中这一热门技术的现状。 技术基础 激光增材制造（LAM）设备有两种类型：粉末床和送粉式。近期业内较多的关注集中在后者身上，本文讨论的也主要是后者。 图1显示了通用的粉末床系统的原理示意图，在该系统的整个工作区中使用刮板来进行平整粉末的步骤，以在构建平台上建立粉末床，整个过程是在可以控制内部环境的成形保护室内进行。激光能量传递到粉末床的表面，引起粉末的局部熔化和融合，使得该区域的金属粉末固化。
增材制造试题答案
1.增材制造技术的优点 （1）自由成型制造； （2）制造过程快速； （3）添加式和数字化驱动成型方式； （4）突出的经济效益； （5）广泛的应用领域。 2.增材制造技术国内外发展现状 国外发展现状 1 欧美发达国家纷纷制定了发展和推动增材制造技术的国家战略和规划，增材制造 技术已受到政府、研究机构、企业和媒体的广泛关注。 2 德国建立了直接制造研究中心，法国增材制造的专项协会致力于增材制造技术标 准的研究。西班牙启动了一项发展增材制造技术的专项，研究内容包括增材制造共性技术、材料、技术交流及商业模式等四方面内容。 澳大利亚、日本等国已经开始将其运用到航空领域，制造精密零件。 对于公司而言：以快速成型技术为主的增材制造设备已发展20多年，大量的增材制造装备的知名企业快速发展，其中以3D Systems 公司为代表，发展的SLA、SLS及3DP装备都备受关注。 美国Stratasys公司率先推出FDM装备，推广Dssignjet 3D 和Dssignjet Color 3D 两款产品。 除了以上具有代表性的外，还有LENS装备生产商、SLM装备生产商英国MIT公司等等。 国内： 我国增材制造技术研究已经经历20多年，以华科、西安交大、清华等大学为代表的科研院所开展了多项技术研究，其中涉及航空、汽车、生物、电子等各个行业。 西安交大：从1993年开始发展SLA技术研究，到现在已经有了成套的技术设备 华科：开展LOM技术，以及SLS\SLM技术，并且已经开发出相应的成套设备，且已经投入到市场使用。 清华大学跟西北工大已经研究多系列低成本FDM装备，并投入使用。并已经广泛使用到了航空领域，制造精密的成型技术。经过多年研究，我国增材制造技术得到飞快发展，精度等到极大提高。 3.增材制造技术的发展趋势。 （1）从快速原型与翻模制造向零部件直接制造转变 （2）学科交叉融合，应用领域不断扩大 （3）装备向零部件直接制造和专业化方向发展 （4）增材制造装备从高端型走向普及型 （5）成型材料开发及其系列化、标准化 4.增材制造技术面临的挑战 （1）进度控制技术； （2）高效制造技术； （3）复合材料零件增材制造技术。 5.增材制造技术面临的伦理安全问题。 （1）增材制造技术制造枪支。通过互联网下载枪支设计数据，借助增材成型工艺制造出来； （2）增材成型技术克隆人体器官。
金属增材制造技术 徐昀华
科技论文检索及写作 —金属增材制造技术 学院：材料科学与工程学院 专业班级：焊接1301班 姓名：徐昀华 学号： 130200308 任课教师：张春华 完成日期： 2016.12.29
摘要：金属增材制造技术作为3I)打印技术的一个重要分支，在20余年的发展中取得了显著的进展。 文中简要:回顾了金属增材制造技术的历史溯源，重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钦合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展，探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。 关键词:金属材料;增材制造;激光快速成形;性能 Metal Additive Manufacturing Technique (Research institute of Additive Manufacturing(3D Printing)，College of Mechanical and Electrical Engineering,Nanjing University of Aeronautics g- Astronautics，Nanjing, 210016，China) Abstract:The metal additive manufacturing technique，as an important branch of 3D printing technique，has made remarkable progress based on the rapid development of materials technique，equipment technique，computer technique，and so on. The evolution history of metal additive manufacturing technology reviewed briefly. The microstructure，the mechanical performance，the micro-defect，and the technological process of product are introduced to discuss the studies on additive manufacturing technique of titanium alloy，nickel-base super，and so on. Some suggestions of technical problems in the development of additive manufacturing technique are put forward. Finally，the main development direction is pointed out. 作为一种全新概念的制造技术，增材制造技术自20世纪90年代出现以来，经过20余年的发展，己经成为当前先进制造技术领域技术创新蓬勃发展的源泉，以“3D打印技术”为全新概念的增材制造技术己经成为当前包括美国在内的世界主要制造大国实施技术创新、提振本国制造业的重要着力点川。中国政府积极推进3D打印技术在制造业的技术创新进程。在工业和信息化部的支持下，2012年成立“中国3D打印技术产业联盟”。2013年，中国3D打印技术产业联盟成功举办首届世界3D打印技术产业大会，并与亚洲制造业协会、英国增材制造联盟、比利时Material公司、德国E()S公司、美国3 D System公司等组织共同发起成立世界3D打印技术产业联盟的号召，高度凸显了中国3D打印技术在全球3D 打印技术创新领域的重要引领作用。作为金属增材制造技术基础研究的支持机构，国家自然科学基金委员会机械工程学科在“十三五”学科发展战略规划设想中明确将增材制造技术作为跨学科学部交叉优先领域进行布局，以进一步提升中国增
增材制造6大技术盘点
增材制造6大技术盘点 什么是增材制造 一般通俗地称增材制造为3D打印，而事实上3D打印只是增材制造工艺的一种，它不是准确的技术名称。增材制造指通过离散-堆积使材料逐点逐层累积叠加形成三维实体的技术。根据它的特点又称增材制造，快速成形，任意成型等。 增材制造的优势 增材制造通过降低模具成本，减少材料，减少装配，减少研发周期等优势来降低企业制造成本，提高生产效益。具体优势如下： 与传统的大规模生产方式相比，小批量定制产品在经济上具有吸引力； 直接从3D CAD模型生产意味着不需要工具和模具，没有转换成本； 以数字文件的形式进行设计方便共享，方便组件和产品的修改和定制； 该工艺的可加性使材料得以节约，同时还能重复利用未在制造过程中使用的废料(如粉末、树脂)(金属粉末的可回收性估计在95-98%之间)； 新颖、复杂的结构，如自由形式的封闭结构和通道，是可以实现的，使得最终部件的孔隙率非常低； 订货减少了库存风险，没有未售出的成品，同时也改善了收入流，因为货物是在生产前支付的； 分销允许本地消费者/客户和生产者之间的直接交互。 增材制造技术盘点 1.光聚合成型技术增材制造 SLA：Stereolithography(立体印刷术)是最早实用化的快速成形技术。具体原理是选择性地用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料(例如液态光敏树脂)表面，使之发生聚合反应，再由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。 2.以烧结和熔化为基本原理
SLS：Selective Laser Sintering，(选择性激光烧结) 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛。 3.以粉末-粘合剂为基本原理 3DP：三维打印技术(Three Dimensional Printing)和平面打印非常相似，连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。与SLS不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来，而是通过喷头用粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
增材制造技术概述
3.1 增材制造技术概述 增材制造技术诞生于20世纪80年代后期的美国。一开始，增材制造技术的诞生源于模型快速制作的需求，所以经常被称为“快速成型”技术。历经三十年日新月异的技术发展，增材制造已从概念（沟通）模型快速成型发展到了覆盖产品设计、研发和制造的全部环节的一种先进制造技术，已远非当初的快速成型技术可比。 3.1.1概述 1.概念 增材制造（即Additive Manufacturing，简称AM）：一种与传统的材料“去除型”加工方法截然相反的，通过增加材料、基于三维CAD模型数据，通常采用逐层制造方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。 增材制造的概念有“广义”和“狭义”之说，如图3-1所示。 “广义”增材制造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。而“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系。 目前，出现了许多令人眼花缭乱的多种称谓：快速成型（Rapid Proto-typing）、直接数字制造（Direct Digital Manufacturing）、增材制造（AdditiveFabrication）、“三维打印(3D—Printing )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”、增层制造（Additive Layer Manufacturing）等。2009年美国ASTM专门成立了F42委员会，将各种RP统称为“增量制造“技术，在国际上取得了广泛认可与采纳。 2.原理与分类 实际上在我们的日常生产、生活中类似“增材”的例子很多，例如：机械加工的堆焊、建筑物（楼房、桥梁、水利大坝等）施工中的混凝土浇筑、元宵制法滚汤圆、生日蛋糕与巧克力造型等。 图3-1 增材制造概念 基本原理：首先将三维CAD模型模拟切成一系列二维的薄片状平面层。然后利用相关设
增材制造(3D打印)国内外发展状况
增材制造（3D打印）技术国外发展状况 --交通大学先进制造技术研究所2013-07-09 一、概述 增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的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”材料累加的制造法。自上世纪80年代末增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”（Material Increse Manufacturing）、“快速原型”（Rapid Prototyping）、“分层制造”（Layered Manufacturing）、“实体自由制造”（Solid Free-form Fabrication）、“3D打印技术”（3D Printing）等。名称各异的叫法分别从不同侧面表达了该制造技术的特点。 美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义。增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其它打印技术沉积材料来制造物体的技术，3D打印也常用来表示“增材制造”技术，在特指设备时，3D打印是指相对价格或总体功能低端的增材制造设备。 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”，解决多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展。增材制造原理与不同的材料和工艺结合形成了多增材制造设备。目前已有的设备种类达到20多种。这一技术一出现就取得了快速的发展，在各个领域都取得了广泛的应用，如在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。增材制造的特点是单件或小批量的快速制造，这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显著的作用。 美国《时代》刊将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，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”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂，它将改变制造商品的式，并改变世界的经济格局，进而改变人类的生活式。
“增材制造与激光制造”重点专项2018年度项目申报指南
国科发资〔2017〕294号附件7 ??????????????? 2018???????? 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施了“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现发布2018年度项目申报指南。 本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术；攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备；突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备；并实现产业化应用示范；到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。 本重点专项按照“围绕产业链、部署创新链”的要求，围绕增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范部署任务。专项实施周期为5年（2016－2020年）。 2016年本重点专项在2个技术方向已启动12个研究任务的 — 1 —
25个项目，2017年本重点专项在2个技术方向已启动20个研究任务的23个项目。2018年，在2个技术方向启动30个研究任务，拟支持30-60个项目，拟安排国拨经费总概算为7亿元左右。为充分调动社会资源投入，凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与国拨经费总额比例不低于1：1。 项目申报统一按指南二级标题（如1.1）的研究方向进行。除特殊说明外，拟支持项目数均为1-2项。项目实施周期不超过3年。申报的项目必须涵盖该二级标题下指南所列的全部研究内容和考核指标。项目下设课题数原则上不超过5个，每个课题参研单位原则上不超过5个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1-2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1．增材制造 1.1基于增材制造的智能仿生结构设计技术（基础前沿类） 研究内容：探索形状记忆材料增材制造新原理和新工艺，形成与制造工艺匹配的改性技术和可实现热/光/电/磁等激励响应的专用材料；研究形状记忆材料增材制造结构的智能变形行为，揭—2 —
增材制造技术较传统工艺的优势与关键技术
增材制造技术较传统工艺的优势与关键技术 一、增材制造技术的简介 增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术就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一切削加工技术,就是一种“自下而上”的制造方法。这一技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序,在一台设备上可快速而精密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,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且越就是复杂结构的产品,其制造的速度作用越显著。 增材制造原理与不同的材料与工艺结合形成了许多增材制造设备,目前已有的设备种类达到20多种。该技术一出现就取得了快速发展,在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等多个领域都得到了广泛的应用。其特点就是单件或小批量的快速制造,这一技术特点决定了快速成形在产品创新中具有显著的作用。 二、增材制造技术的优势 2、1设计上的自由度——在机加工、铸造或模塑生产当中,复杂设计的代价高昂,其每项细节都必须通过使用额外的刀具或其它步骤进行制造。相比而言,在增材制造当中,部件的复杂度极少需要或根本无需额外考虑。增材制造可以构建出其它制造工艺所不能实现或无法想像的形状,可以从纯粹考虑功能性的方面来设计部件,而无需考虑与制造相关的限制。 2、2小批量生产的经济性——增材制造过程无需生产或装配硬模具,且装夹过程用时较短,因此它不存在那些需要通过大批量生产才能抵消的典型的生产成本。增材工艺允许采用非常低的生产批量,包括单件生产,就能达到经济合理的打印生产目的。 2、3高材料效率——增材制造部件,特别就是金属部件,仍然需要进行机加工。增材制造工序经常不能达到关键性部件所要求的最终细节、尺寸与表面光洁度的
增材制造技术在船舶制造领域的讨论
增材制造技术在船舶制造领域的讨论 发表时间：2018-05-15T09:58:17.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：董真理1 张洪鸣2 [导读] 我国是一个造船大国，但并不是造船强国，目前的船舶制造业是一个劳动密集型产业，较适合我国人口红利时期的发展。 摘要：增材制造俗称3D打印，是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。本文就从船舶制造领域中的增材制造技术展开分析。 关键词：增材制造技术；船舶制造领域；应用 1、增材制造技术的发展 增材制造技术如果从1986年美国科学家开发的第一台商业3D印刷机开始算起的话，到2016年为止整整30年了，在此期间，市场上首个高清晰彩色3D打印机于2005年问世，到2014年，世界上已有3D打印建筑投入使用、3D打印汽车横穿美国、3D打印火箭发动机通过测试……，增材制造技术（3D打印）的发展速度令人惊叹。在政策方面，许多国家将增材制造技术列为国家战略技术发展的重要方向，例如美国早在2012年就将增材制造技术列为国家制造业的首要战略任务，我国也在2015年8月由李克强总理组织召开国务院座谈会，专门讨论3D打印技术的发展与振兴中国制造业的关系，将发展增材制造技术推向了前所未有的高度。科学家们相信，在许许多多科研机构的努力下和相关政策的支持下，增材制造技术将会有广阔的发展空间。 2、增材制造技术在船舶制造业的应用现状 增材制造是一门新兴的科学技术，虽然近几年来在众多领域取得了突破性进展，但是在各个行业还未见商业化广泛推广，离走进寻常百姓家还有很长的路要走，在船舶领域也不例外，近期也有学者撰文说增材制造技术短期内在船舶制造业中很难广泛应用。尽管如此，增材制造的技术优势和经济性还是吸引了国内外不少公司和科学家都在尝试将该技术应用到船舶领域，并也取得了初步成果。 2.1船舶备件供应领域 对于船舶来说，尤其是远洋油轮和远海航行或作战的军船，设备故障的修理是很常见的事情，为了应付一些突发情况所需的零部件，要么随船带足事先预想的各种可能需要的零件；要么想办法靠岸修理，这两种选择无论哪种都会带来较高的修理成本和风险。将3D打印技术应用到船舶备件的供应链中，不失为一种很好的解决方法。 在民船方面，马士基油轮公司率先将这一设想在实践中进行尝试，虽然到现在为止未见成功案例的报道，但是可以预见的是一旦将3D 打印技术应用成功的话，将会取得莫大的经济效益和社会效益。据马士基公司称，由于油船是被禁止进入港口主要区域的，所以传统的修船方法是首先确定油轮上所需更换的零部件，然后通知公司将零件运往船舶经过的下一个港口，最后租一艘小艇将零件送到船上，还得加上仓储、包装及清关等运营成本，更换一个零件的总费用就高达5000美元。如果采用3D打印技术，只需在船上配备一台打印机和一些打印材料，用时将零件打印出来就可以了。采用3D打印技术不但可以缩短零件的交付周期、节约成本，还可以减少因能源的消耗而产生的环保问题。 除此之外，早在2014年美国海军就提出了“打印舰艇”的概念，将增材制造及3D打印技术应用到零部件的供应链中，美国海军人士称，掌握增材制造技术将是海军的优势之一，如果能在船的航行状态下使用3D打印技术，将是一件里程碑式的事件，必将大量减少备品备件的携带量，增加武器、燃料及补给的携带量，从而显著提高海军的远洋作战能力。 2.2 3D打印船模 美国卡德洛克海军水面作战中心采用3D打印技术成功打印出美军医疗船模型，用于测试船上风力气流的情况，该中心科学家称3D打印可以提供更快、更精准及更低成本的舰船模型。如果将该技术推广应用，在相同和相似领域必将产生深远的影响。 2.3 3D打印螺旋桨 2016年初，国外两位发烧友尝试采用3D打印技术制造螺旋桨，他们同时选用了4种材料进行对比，取得了丰富的试验数据。 2.4 3D打印无人机 英国早在五年前就应用3D打印技术打印了世界上第一台无人机SULSA，经过多次改进后，于2015年进行海上试飞试验，尽管它只能飞行40min，但其低廉的成本和完成任务的表现，足以使人们产生浓厚的兴趣和继续研究的决心。2016年SULSA正式服役，为英国皇家海军破冰船的南极之旅侦查路线。美国海军研究学院启动3D打印无人机项目，该项目将现代通信技术和装备技术完美结合，为海军执行不同任务时打印出相应的无人机，2015年12月打印出一架反恐无人机，可搭载反恐所需的通信设备。与英国不同的是，美国的3D打印无人机是在船上完成的，将3D打印技术又向前推进了一大步。 2.5其他方面 增材制造除以上应用外，还在发动机铸造模具、涡轮增压部件及小艇模型等得到应用，增材制造（3D打印）技术正在船舶领域的各个方面大显身手。2016年1月7日，劳氏船级社颁布3D打印全球认证标准，旨在指导规范增材制造技术的推广应用。 3、增材制造技术在船舶领域广泛应用的技术瓶颈 目前，增材制造3D打印技术在船舶行业的应用相对于整个造船领域来说只是冰山一角，远未达到广泛应用的程度，究其原因增材制造技术还是一门新兴的科学技术，还有很多技术瓶颈未能突破，比如以下几个方面： 3.1增材制造材料的相对匮乏 传统造船业所使用的材料主要为金属材料，金属材料的发展已有几千年的历史了，在这漫长的历史长河中金属材料的种类多种多样，性能各异，制造工艺也日益成熟，可以满足船舶制造的不同需求。而增材制造所使用的材料相比之下少之又少，制造的产品也远不能满足使用要求。因此，原材料的种类性能不能有大的进展，将直接影响增材制造技术的推广使用。 3.2测试与评价技术的相对滞后 传统工业在发展过程中，形成了一整套成熟的测试、评判、失效分析、安全评价和寿命评估技术，为产品的安全使用保驾护航，从而减少生命与经济的损失。增材制造技术的发展仅有30年的历史，科学家们所关注的重点大多集中在工艺与产品的研发上，而对测试与评价技术却鲜有报道。由于增材制造技术是一门相对于传统技术完全不同的加工制造方法，所以其测试与评价技术也必将不同。在世界各国造船系统中都有严格的检测与验收标准，增材制造技术在没有形成成熟的测试与评价标准之前，是很难让人接受的。