智能制造-增材制造技術(shù)

一、起源及原理原理：其工藝流程一般可分為三維建模、數(shù)據(jù)分割、打印、后處理四步。三維建模是3D打印的基礎(chǔ)，即在打印之前需在三維軟件中對(duì)所制作產(chǎn)品進(jìn)行建模，因此3D打印需計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)的參與；在三維建模完成后，打印機(jī)將三維數(shù)據(jù)分割為二維數(shù)據(jù)；通過打印設(shè)備逐層進(jìn)行打?。淮蛴『玫娜S產(chǎn)品要經(jīng)過后處理才能出廠或使用，后處理工藝一般包括剝離、固化、修整、上色等。采用增材制造生產(chǎn)的汽車、鞋子二、主要方法及優(yōu)勢(shì)主要方法基本材料選擇性激光燒結(jié)（selective

laser

sintering，SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末直接金屬激光燒結(jié)（Direct

metal

laser

sintering，DMLS）幾乎任何合金熔融沉積成型（fused

deposition

modeling，F(xiàn)DM）熱塑性塑料,共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料立體平版印刷（stereolithography，SLA）光硬化樹脂（photopolymer）數(shù)字光處理（DLP）液態(tài)樹脂熔絲制造（Fused

Filament

Fabrication，F(xiàn)FF）聚乳酸（PLA）、ABS樹脂融化壓模（Melted

and

Extrusion

Modeling，MEM）金屬線、塑料線分層實(shí)體制造（laminated

object

manufacturing，LOM）紙、金屬膜、塑料薄膜電子束熔化成型（Electron

beam

melting，EBM）鈦合金選擇性熱燒結(jié)（Selective

heat

sintering，SHS）Thermoplastic

powder二、主要方法及優(yōu)勢(shì)制造復(fù)雜物品。（目前已顯現(xiàn)）產(chǎn)品多樣化不增加成本。生產(chǎn)周期短。（最大的優(yōu)點(diǎn)）無需采用模具。不占空間、便攜制造。（戰(zhàn)場、災(zāi)區(qū)）節(jié)省材料。SLSCast增材制造大型復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，不需要模具，避免組裝可一次成型復(fù)雜部件，大大提高了工作效率。三、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2013年4月中國科技部最近公布了《國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）》作為未來最重要的技術(shù)之一，3D打印首次入選。2015年2月11日，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財(cái)政研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》2015年5月18日，國務(wù)院正式發(fā)布了《中國制造2025規(guī)劃》，作為中國版的“工業(yè)4.0計(jì)劃”，規(guī)劃中多次提到了對(duì)增材制造等前沿技術(shù)和裝備的研發(fā)。國務(wù)院總理李克強(qiáng)主持國務(wù)院3D打印專題講座三、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀編號(hào)單位代表人物專業(yè)

工藝產(chǎn)品國家認(rèn)可1

北航

王華明鑄造

激光材料

熔融航空部件國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2華中科大史玉升

材料激光燒結(jié)航空部件、汽車部件、骨骼、牙齒國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3西北工大黃衛(wèi)東鑄造激光熔融航空部件C919應(yīng)用4清華顏永年機(jī)械容積成型塑料5西安交大盧秉恒機(jī)械光固化樹脂、骨骼、芯片院士國內(nèi)增材制造主要研究機(jī)構(gòu)三、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1、北航王華明團(tuán)隊(duì)該團(tuán)隊(duì)從事高性能金屬材料快速凝固激光制備與大型金屬構(gòu)件激光直接制造技術(shù)等方面的研究，以激光為熱源，以鈦合金粉末為填充材料，增材制造出航空結(jié)構(gòu)件，其成果在C919上取得了良好的應(yīng)用。技術(shù)原理示意圖及成形部件三、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2、華科史玉升團(tuán)隊(duì)華中科技大學(xué)史玉升教授的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的1.2米×1.2米的"立體打印機(jī)"，是目前世界上最大成形空間的快速制造裝備。3、西工大黃衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)該團(tuán)隊(duì)采用激光增材制造技術(shù)成形出C919中央翼緣條，長度超過3米，成形出飛機(jī)主承力梁長度5米，為C919首飛做出了突出貢獻(xiàn)。增材制造C919結(jié)構(gòu)件三、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀4、華科張海鷗團(tuán)隊(duì)華中科技大學(xué)張海鷗教授的研究團(tuán)隊(duì)主要研究電弧增材制造，以焊槍和基板之間產(chǎn)生的電弧為熱源，在高純氬氣的保護(hù)下融化不斷送進(jìn)的金屬絲材進(jìn)行增材制造，并在堆積過程中用微型輥進(jìn)行熱機(jī)械加工，這樣可以成形出性能優(yōu)越的大型結(jié)構(gòu)件。成形原理及成形的大型構(gòu)件四、國外發(fā)展現(xiàn)狀2012年3月，美國白宮宣布振興美國制造的新舉措，將投資10億美金幫助美國制造體系的改革，鼓勵(lì)優(yōu)先發(fā)展增材制造為代表的數(shù)字化制造技術(shù)；在全國范圍籌建多個(gè)研究所與企業(yè)聯(lián)盟。英國政府自2011年開始持續(xù)增大對(duì)增材制造技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，目前已在多個(gè)大學(xué)建立了增材制造研究中心。德國建立了直接制造研究中心，主要研究和推動(dòng)增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)輕量化方面的應(yīng)用。日本一直重視增材制造技術(shù)，研制和應(yīng)用水平走在了亞洲前列。四、國外發(fā)展現(xiàn)狀1、德國EOS公司該公司開發(fā)的選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）增材制造裝備可成形傳統(tǒng)工藝（注塑、擠塑）難加工的耐高溫塑料。利用基于粉材的激光燒結(jié)工藝可成形復(fù)雜高精度零部件，力學(xué)性能較尼龍等塑料高出1倍（拉伸強(qiáng)度達(dá)95MPa，楊氏模量達(dá)4400MPa）SLS增材制造出的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件四、國外發(fā)展現(xiàn)狀2、德國Frauhofer研究所2002年該研究所在激光選區(qū)熔化技術(shù)方面取得巨大成功，可一次性地直接制造出完全致密性的零件。利用高亮度激光直接熔化金屬粉末材料，無需粘結(jié)劑，由

3D模型直接成形出與鍛件性能相當(dāng)?shù)娜我鈴?fù)雜結(jié)構(gòu)零件，其零件僅需表面光整即可使用。技術(shù)原理圖四、國外發(fā)展現(xiàn)狀3、美國AeroMet公司該公司以激光、等離子束和電弧等能束增材制造再制造技術(shù)為代表，已應(yīng)用于機(jī)械、能源、船舶等領(lǐng)域核心、高附加值零部件的快速修復(fù)。其技術(shù)應(yīng)用于F15等戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼梁修復(fù)。4、英國Rolls-Royce公司該公司采用增材制造技術(shù)進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了高性能、高效率和低成本修復(fù)和再制造。五、應(yīng)用與展望3D打印應(yīng)用領(lǐng)域食品產(chǎn)業(yè)醫(yī)療行業(yè)科學(xué)研究汽車制造業(yè)建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型五、應(yīng)用與展望

世界上第一輛“3D打印”賽車“阿里翁”，已在德國的霍根海姆賽道完成測試，時(shí)速達(dá)141公里。

借助3D打印技術(shù)，一只生活在3.9億年前渾身尖刺、全身硬甲覆蓋的軟體動(dòng)物近日再次展現(xiàn)在人們眼前。賽車“阿里翁”3D打印遠(yuǎn)古生物五、應(yīng)用與展望

美國一家兒科醫(yī)學(xué)中心利用3D打印技術(shù)成功制造出全球第一顆人類心臟，這顆用塑料打印出的心臟可以像正常人類心臟一樣正常跳動(dòng)。外科醫(yī)生能夠利用3D打印心臟來練習(xí)復(fù)雜的手術(shù)。

12名耶魯學(xué)生和他們的教授一起，通過3D打印，重建古羅馬城市景觀。人工打印心臟古羅馬城市模型五、應(yīng)用與展望發(fā)展趨勢(shì)展望

技術(shù)上：從快速成型、工藝輔助等間接制造發(fā)展為零部件直接制造，新材料、新器件、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)；

設(shè)備上：向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展；從科研和工業(yè)等高端型向辦公和個(gè)人消費(fèi)等大

眾化型拓展；

產(chǎn)業(yè)上:形成了集裝備、材料、軟件、服務(wù)于一體的的產(chǎn)業(yè)鏈，初具產(chǎn)業(yè)規(guī)模；應(yīng)用上：多學(xué)科交叉，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。五、應(yīng)用與展望我國尚需突破的瓶頸

機(jī)理上：在基礎(chǔ)理論與成形機(jī)理研究方面，我國在一些局部點(diǎn)上開展研究，但國