增材制造简介介绍

1金属增材制造的种类和原理金属增材制造（AdditiveManufacturing，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。其中，F-22的接头件能够达到要求疲劳寿命的两倍以上，翼根加强筋达到要求疲劳寿命的四倍以上，起落架连杆疲劳寿命超过原件的30%。美国Sandia国家实验室的Griffith研究组提出以激光熔覆沉积成形为基础的激光净成形（LaserEngineeredNetShaping）技术，并将此技术用于修复涡轮发动机的零部件。研究的材料种类包括不锈钢、钛合金、高温合金等，成型件的强度和塑性均比锻造件得到显著地提高。研究小组还通过对控制软件的研究和改进，将加工精度提升了一个等级。其水平方向加工精度达到0.05mm，垂直方向加工精度达到0.4mm，加工后零件的表面光洁度达到6.25滋m。但是成型精度的提高会影响到成形效率。特别值得一提的是，研究组通过改变金属粉末的成分，实现了材料成分在一个零件上的梯度变化，从而使得零件的不同部位具有了不同的力学性能，这就为零件的设计优化提供了一种新的方法。国内的增材制造相关研究虽然起步较晚，但是一些相关的大学和研究机构已有异军突起之势，在某些方面甚至达到国内外领先的地步。西北工业大学的黄卫东教授的团队在快速原型制造技术的基础上提出了激光增材制造技术的研究思路，进行了相关的研究探索。并成功运用激光立体成形技术制造出了大型飞机的钛合金翼梁缘条和飞机发动机的高温合金空心叶片，综合力学性能优于同等条件下的锻件。北京航空航天大学的王华明教授采用激光增材技术制造出大尺寸金属零件，并应用于新型飞机的研制过程中，不但提高了飞机的结构强度，而且大大缩短了飞机的研制周期，并于2012年获得国家科学技术进步一等奖。但是激光增材制造也存在一些问题[3]。比如：球化现象、裂纹敏感性、残余应力等，而且设备较昂贵、能量利用率低、低熔点金属材料的受热变形、速度与精度之间的矛盾等问题也尤为突出。尤其对铝合金而言，由于液态铝的光反射率很高，激光照射在液体表面大部分反射掉，导致其能量损失严重；而且铝合金熔点较低，激光的能增材制造及其航空航天领域的发展现状

国外增材制造发展现状

简介

增材制造（Additive Manufacturing，AM）是一种将材料逐层加工制造物品的技术。随着科技的不断进步和全球制造业的转型，国外国家对增材制造的发展越来越重视。本文将全面、详细、完整且深入地探讨国外增材制造的发展现状。

美国的增材制造产业

1. 增材制造的应用领域

• 航空航天领域：美国航空航天局（NASA）在增材制造技术方面取得了重大突破，例如使用3D打印技术制造发动机喷嘴和其他复杂结构件。

• 医疗器械领域：美国的医疗器械制造商广泛应用增材制造技术，例如3D打印人工关节和牙科植入物等。

• 汽车制造领域：美国汽车制造商开始采用增材制造技术来制造汽车零部件，例如3D打印车身结构和发动机部件。

2. 增材制造研发和创新

• 美国的大学和研究机构在增材制造领域进行了大量研究和创新工作，推动了技术的进步。

• 私营企业也积极参与增材制造的研发和创新，在3D打印设备和材料的开发上取得了重要突破。

3. 增材制造政策和法规

• 美国政府出台了一系列支持增材制造发展的政策和法规，鼓励企业进行研发和应用。

• 知识产权保护方面，美国的法规比较完善，对于增材制造的专利和版权保护提供了一定的制度支持。 德国的增材制造产业

1. 增材制造的应用领域

• 德国的航空航天领域也对增材制造给予了较高的重视，例如使用3D打印技术制造航空发动机的结构件。

• 在工业制造领域，德国的制造商逐渐采用增材制造技术来制造高精度零部件和定制化产品。

2. 增材制造研发和创新

• 德国的大学和研究机构在增材制造领域拥有强大的科研实力，他们的研究成果为德国的增材制造产业发展提供了技术支持。

• 德国的私营企业也在增材制造领域进行了大量的研发和创新工作，推动了产业的不断发展。

3. 增材制造政策和法规

• 德国政府制定了一系列支持增材制造产业的政策和法规，为企业创新提供了良好的环境和支持。

• 德国重视知识产权保护，保护制造商的专利和版权权益。

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。

增材制造工艺的原理和应用

1. 增材制造工艺的概述

增材制造也被称为三维打印技术，是一种由数字模型直接生成三维物体的工艺。相比传统的切削制造方法，增材制造减少了材料的浪费，提高了制造效率。本文将介绍增材制造工艺的原理和应用。

2. 增材制造的原理

增材制造过程中，使用计算机辅助设计软件将物体模型切片成多层，然后逐层将材料堆叠起来，最终形成所需的三维物体。主要有以下几种增材制造工艺。

2.1. 熔融沉积成型（FDM）

FDM 是最常见的增材制造工艺之一，它通过提供熔化的材料通过喷嘴进行层叠。材料从喷嘴中挤出并沉积在底座上，然后快速冷却和凝固成层。之后，底座会下降一层，重复上述过程直到完成整个物体的制造。

2.2. 光固化成型（SLA）

SLA 使用光敏树脂作为材料，通过紫外线激光束的扫描进行固化。在光固化过程中，激光束会逐层扫描树脂表面，使其固化成所需形状。不断重复扫描和固化的过程，直到形成完整的三维物体。

2.3. 选择性激光烧结成型（SLS）

SLS 是一种使用粉末材料进行增材制造的方法。在SLS过程中，激光束逐层扫描并烧结粉末材料，使其粘合在一起形成所需物体的层。随着不断的扫描和烧结，最终形成完整的三维物体。

3. 增材制造的应用领域

增材制造在各个行业都有广泛的应用。以下是一些增材制造的应用领域的列举。

3.1. 制造业

增材制造被广泛应用于制造业，可以用于生产复杂形状的产品和定制化产品。通过增加材料，制造商可以减少零部件的数量和装配时间，提高生产效率。

3.2. 医疗领域

增材制造可以用于生产医疗行业的假肢、矫形器和人工关节等产品。由于增材制造的灵活性，可以根据患者的具体需求进行定制。 3.3. 航空航天

增材制造技术在航空航天行业有很高的应用价值。使用增材制造工艺可以减少飞机发动机的重量，提高燃油效率。此外，增材制造还可以用于制造航空航天器的复杂部件和模型。

3.4. 教育领域

增材制造技术在教育领域也有广泛的应用。它可以用于教育机构的实验室和研究室，为学生提供实践机会和创新空间。教育环境中的增材制造可以帮助学生了解和掌握先进的制造技术。