增材制造

增材制造

實體零件制造技術
增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術,相對于傳統的材料去除一切削加工技術,是一種“自下而上”的制造方法。近20年來,增材制造技術取得了快速的發展。快速原型制造、增材制造、實體自由制造等,各異的叫法分别從不同側面表達了該制造技術的特點。[1]這一技術不需要傳統的刀具、夾具及多道加工工序,在一台設備上可快速而精密地制造出任意複雜形狀的零件,從而實現“自由制造”,解決許多過去難以制造的複雜結構零件的成形,并大大減少了加工工序,縮短了加工周期。而且越是複雜結構的産品,其制造的速度作用越顯著。
    公司名稱: 外文名:Additive Manufacturing 所屬行業: 法定代表人: 總部地點: 經營範圍: 公司類型: 公司口号: 年營業額: 員工數: 中文名:增材制造技術 縮寫:AM 類屬:切削加工技術

技術優勢

AM技術不需要傳統的刀具和夾具以及多道加工工序,在一台設備上可快速精密地制造出任意複雜形狀的零件,從而實現了零件“自由制造”,解決了許多複雜結構零件的成形,并大大減少了加工工序,縮短了加工周期。而且産品結構越複雜,其制造速度的作用就越顯着。

發展趨勢

國外發展現狀

歐美發達國家紛紛制定了發展和推動增材制造技術的國家戰略和規劃,增材制造技術已受到政府、研究機構、企業和媒體的廣泛關注。2012年3月,美國白宮宣布了振興美國制造的新舉措,将投資10億美元幫助美國制造體系的改革。其中,白宮提出實現該項計劃的三大背景技術包括了增材制造,強調了通過改善增材制造材料、裝備及标準,實現創新設計的小批量、低成本數字化制造。2012年8月,美國增材制造創新研究所成立,聯合了賓夕法尼亞州西部、俄亥俄州東部和弗吉尼亞州西部的14所大學、40馀家企業、11家非營利機構和專業協會。

英國政府自2011年開始持續增大對增材制造技術的研發經費。以前僅有拉夫堡大學一個增材制造研究中,諾丁漢大學,謝菲爾德大學、埃克塞特大學和曼徹斯特大學等相繼建立了增材制造研究中心。英國工程與物理科學研究委員會中設有增材制造研究中心,參與機構包括拉夫堡大學、伯明翰大學、英國國家物理實驗室、波音公司以及德國EOS公司等15家知名大學、研究機構及企業。

除了英美外,其他一些發達國家也積極采取措施,以推動增材制造技術的發展。德國建立了直接制造研究中心,主要研究和推動增材制造技術在航空航天領域中結構輕量化方面的應用;法國增材制造協會緻力于增材制造技術标準的研究;在政府資助下,西班牙啟動了一項發展增材制造的專項,研究内容包括增材制造共性技術、材料、技術交流及商業模式等四方面内容;澳大利亞政府于2012年2月宣布支持一項航空航天領域革命性的項目“微型發動機增材制造技術”。

該項目使用增材制造技術制造航空航天領域微型發動機零部件;日本政府也很重視增材制造技術的發展,通過優惠政策和大量資金鼓勵産學研用緊密結合,有力促進該技術在航空航天等領域的應用。

國内發展現狀

大型整體钛合金關鍵結構件成形制造技術被國内外公認為是對飛機工業裝備研制與生産具有重要影響的核心關鍵制造技術之一。西北工大凝固技術國家重點實驗室已經建立了系列激光熔複成形與修複裝備,可滿足大型機械裝備的大型零件及難拆卸零件的原位修複和再制造。應用該技術實現了C919飛機大型钛合金零件激光立體成形制造。民用飛機越來越多地采用了大型整體金屬結構,飛機零件主要是整體毛坯件和整體薄壁結構件,傳統成形方法非常困難。

商飛決定采用先進的激光立體成形技術來解決C919飛機大型複雜薄壁钛合金結構件的制造。西北工大采用激光成形技術制造了最大尺寸達2.83m的機翼緣條零件,最大變形量<1mm,實現了大型钛合金複雜薄壁結構件的精密成形技術,相比現有技術可大大加快制造效率和精度,顯着降低生産成本。

北航在金屬直接制造方面開展了長期的研究工作,突破了钛合金、超高強度鋼等難加工大型整體關鍵構件激光成形工藝、成套裝備和應用關鍵技術,解決了大型整體金屬構件激光成形過程零件變形與開裂“瓶頸難題”和内部缺陷和内部質量控制及其無損檢驗關鍵技術,飛機構件綜合力學性能達到或超過钛合金模鍛件,已研制生産出了我國飛機裝備中迄今尺寸最大、結構最複雜的钛合金及超高強度鋼等高性能關鍵整體構件,并在大型客機C919等多型重點型号飛機研制生産中得到應用。

西安交大以研究光固化快速成型(SL)技術為主,于1997年研制并銷售了國内第一台光固化快速成型機;并分别于2000年、2007年成立了教育部快速成形制造工程研究中心和快速制造國家工程研究中心,建立了一套支撐産品快速開發的快速制造系統,研制、生産和銷售多種型号的激光快速成型設備、快速模具設備及三維反求設備,産品遠銷印度、俄羅斯、肯尼亞等國,成為具有國際競争力的快速成型設備制造單位。

西安交大在新技術研發方面主要開展了LED紫外快速成型機技術、陶瓷零件光固化制造技術,鑄型制造技術、生物組織制造技術、金屬熔複制造技術和複合材料制造技術的研究。在陶瓷零件制造的研究中,研制了一種基于矽溶膠的水基陶瓷漿料光固化快速成型工藝,實現了光子晶體、一體化鑄型等複雜陶瓷零件的快速制造。

西安交大與中國空氣動力研究與發展中心及成都飛機設計研究所合作開展了風洞模型制造技術的研究,圍繞測壓模型、測力模型、顫振模型和氣彈模型等方面進行了研究工作。設計了樹脂—金屬複合模型的結構方案,采用有限元方法計算校核樹脂—金屬複合模型的強度、剛度以及固有頻率。通過低速風洞試驗,研究了複合模型的氣動特性,并與金屬模型試驗數據相對比。強度校核試驗顯示,模型的整體性能良好,滿足低速風洞的試驗要求,研制的複合模型在低速風洞試驗下具有良好的前景。

複合材料構件是航空制造技術未來的發展方向,西安交大研究了大型複合材料構件低能電子束原位固化纖維鋪放制造設備與技術,将低能電子束固化技術與纖維自動鋪放技術相結合,研究開發了一種無需熱壓罐的大型複合材料構件高效率綠色制造方法,可使制造過程能耗降低70%,節省原材料15%,并提高了複合材料成型制造過程的可控性、可重複性,為我國複合材料構件綠色制造提供了新的自動化制造方法與工藝。

AM已成為先進制造技術的一個重要的發展方向,其發展趨勢有三:

(1)複雜零件的精密鑄造技術應用;

(2)金屬零件直接制造方向發展,制造大尺寸航空零部件;

(3)向組織與結構一體化制造發展。未來需要解決的關鍵技術包括精度控制技術、大尺寸構件高效制造技術、複合材料零件制造技術。

AM技術的發展将有力地提高航空制造的創新能力,支撐我國由制造大國向制造強國發展。

我國在電子、電氣增材制造技術上取得了重要進展。稱為立體電路技術(SEA,SLS+LDS)。電子電器領域增材技術是建立了現有增材技術之上的一種綠色環保型電路成型技術,有别于傳統二維平面型印制線路闆。傳統的印制電路闆是電子産業的糧食,一般采用傳統的不環保的減法制造工藝,即金屬導電線路是蝕刻銅箔後形成的,新一代增材制造技術采用加法工藝:用激光先在産品表面鐳射後,再在藥水中浸泡沉積上去。這類技術與激光分層制造的增材制造相結合的一種途徑是:在SLS(激光選擇性燒結)粉體中加入特殊組份,先3D打印(增材制造成型)再用微航3D立體電路激光機沿表面鐳射電路圖案,再化學鍍成金屬線路。

“立體電路制造工藝”涉及的SLS+LDS技術是我國本土企業發明的制造工藝。是增材制造在電子、電器産品領域分支應用技術。也涉及到激光材料、激光機、後處理化學藥水等核心要素。目前立體電路技術已經成為高端智能手機天線主要制造技術,産業界已經崛起了立體電路産業闆塊。

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