增材制造技术应用70页PPT

05
增材制造技术在各领域的应用案例分 析
汽车制造业
减重设计
01
通过增材制造技术，汽车制造商可以更加灵活地设计出更加流
线型的车身，减少风阻和重量，从而提高燃油效率。
原型制作
02
增材制造技术可以快速地制作出汽车原型，方便制造商进行测
试和修改，减少开发时间和成本。
定制化零件
03
利用增材制造技术，汽车制造商可以生产出更加定制化的零件
定向能量沉积技术
通过高能束流（激光、电子束或离子束）将金属、非金属、 陶瓷等粉末或丝材熔化并沉积到基体上
定向能量沉积技术适用于大型复杂结构件、高性能功能件、 个性化定制件等制造
材料喷射技术
基于喷墨打印机原理，将金属、塑料等粉末材料以液滴形 式喷射到基体表面形成层，通过多层叠加实现零件制造
材料喷射技术适用于低成本、快速制造个性化或小批量零 件
02
技术创新不断涌现
增材制造技术的不断创新和发展，将带来更多的商业机会和发展空间
。
03
跨界融合与合作
增材制造技术将与互联网、人工智能、大数据等前沿技术融合，推动
制造业的转型升级。
技术发展方向预测
高精度打印能力提升
通过更精细的打印头、更精确的控制系统等技术的研发和应用 ，增材制造技术的打印精度将得到进一步提升。
03
增材制造材料及性能
金属材料
钛及钛合金
具有高强度、低密度和良好的 耐腐蚀性能，在航空航天、医
疗等领域得到广泛应用。
铝合金
具有良好的可加工性和相对较低 的成本，在汽车、航空航天等领 域应用广泛。
钢铁
强度高、成本低，主要用于结构件 制造。
非金属材料

拔
拔
模
模
曲
枢
面
轴
z
▪ （5）【壳】特征 ：抽壳特征是对实体中间抽出材料形成具有一定壁厚的零件 的成形方法。点击【壳】特征后，打开壳特征操控面板如图所示。
z
▪ （6）【轨迹筋】特征 ：轨迹筋特征是对薄壁实体添加具有一定轨迹的壁厚的 支撑以增强薄壁零件强度的方法。点击【轨迹筋】特征后，打开轨迹筋的操控 面板如图所示。
z
2. 工程特征
▪ （1）【孔】特征 ：孔特征是在基本实体上创建各种孔的特征操作。点击【孔】 特征后，打开孔操控面板如图1.26所示。
简 单 孔
矩标草 定 形准绘 义 直孔孔 孔 孔轮轮 径
定 义 深 度
廓廓
轻 量 化 开 关
标 准 孔
增 加 螺 纹
标准 钻孔间隙 孔
螺 纹 钻 孔
螺 纹 规 格
钻 孔 深 度
鼠标点选的位置的图元段被保留。 ▪ （6）【旋转调整大小】 ：选择该图标后，对选中的图元通过弹出的操控面板
进行旋转角度与缩放大小的调整。
z
3.常见约束
▪ （1）【竖直】约束 ：选择竖直约束图标后，单击图线后，图线以起点为基准变为竖直方向，并在直线旁增加竖直约束符 号。
▪ （2）【水平】约束 ：选择水平约束图标后，单击图线后，图线以起点为基准变为水平方向，并在直线旁增加竖直约束符 号。
参
宽
数
度
定
方
义
向
添 底顶 加 部部 拔 圆圆 模 角角
z
▪ （7）【轮廓筋】特征 ：轮廓筋特征是对受力实体轮廓外添加具有一定壁厚的 支撑筋以增强零件强度的方法。点击【轮廓筋】特征后，打开轮廓筋的操控面 板如图。

（2）激光功率 ①由于激光具有方向性，热量沿激光方向传播，当激光功率增大，在宽度方 向上会将更多的粉末烧结在一起。因此，尺寸误差沿正方向增大，厚度方向 的尺寸误差增大趋势要比长宽方向大。
②在激光功率增大时，烧结件强度也会随着增大。当激光功率比较低时，粉 末颗粒只是边缘熔化而黏结在一起，颗粒之间存在大量间隙，使得强度不会 很高；但是激光功率过大会加剧因热收缩而导致的制件翘曲变形。
平面，相邻两道扫描线的合理搭接是必不可少的。一般来说，搭接率高的层 面质量优于搭接率低的层面质量。随着搭接率的增加，能量密度增加，表面 粗糙度值增大，表面质量下降。
5.1 增材制造材料的工艺参数
（2）扫描路径 扫描路径是指零件每层内部的填充方式。扫描路径将影响层面质量。采
用先扫描零件的长边的方式，前几条线形成的层面质量较好，但随着扫描的 进行，由于真空中散热条件较差，热量累积严重，因此导致熔池过热沸腾， 金属小液滴飞溅而出，冷却后形成小球落在未扫描的粉层上，从而影响了层 面的表面质量。在电子束扫描过程中，如果先扫描短边会使热量的积累更加 严重，层面的后半部分由于金属小球的“污染”，因此质量更差。
5.1 增材制造材料的工艺参数
（2）铺放压力 即压辊加载于预浸丝上的压力，可以将单位宽度的预浸丝所受压力载荷
大小作为铺放压力。铺放压力选择太小会导致树脂面积变化率太小，树脂扩 散不充分，此时预浸丝与基底的粘结性不足、贴合状态不佳；而选择铺放压 力过大会导致预浸丝横向变形程度加大。
（3）铺放速率 直接决定载荷作用时间，铺放速率过大将导致载荷作用时间过短，树脂扩
5.2 增材制造零件的微观结构特性
（3）纹理的变化条件 纹理的变化可通过改变增长条件来实现，例如改变层与层之间扫描图
案的旋转方式。研究人员通过改变扫描速度和激光功率，使平面上蜂窝状 结晶和混合凝固模式之间产生变化，形成了图5-4所示的结构，这种结构 肉眼是不可见的，一般可通过晶体取向的电子反向散射衍射（EBSD）成像 得到。如图5-5所示为通过调节工艺参数对局部纹理的控制图。

第一节 增材制造在航空工业中的应用
如图7-5所示，由空客公司提出 的利用增材制造技术来打造概 念飞机。据悉，要想利用3D打 印飞机，需要一台大小如同飞 机库房一样的3D打印机方可完 成，至少这台3D打印机约为 80m×80m的规格才可以实现打 印要求。
图7-5 3D打印概念飞机
图7-6 3D打印的导弹模型
德国Fraunhofer研究所于1995年提出
SLM技术，2002年该研究所在SLM技术取得
实质性的突破。国际各大航空航天企业将
可制备精密复杂金属构件的SLM列为首要
发展技术之一。NASA，波音公司，GE公司
等均大量发展运用增材制造技术。
图7-1 采用SLM技术制造的发动机喷油嘴
第一节 增材制造在航空工业中的应用
（a）虚拟电子钻和截骨平面 （b）截骨后的模拟图 图7-11 打印技术构建三维立体模型拟定手术方案
第三节 增材制造在生物医学中的应用
❖7.3.2 定制植入物和假体
（1）器官3D打印
图7-12 3D打印的仿生耳 利用3D打印技术制造生物器官，只要将支架材料、细胞、细胞所需营养、药 物等重要的化学成分在合理的位置和时间同时传递，就可形成生物器官。 国外的很多研究团队也进行了相关的实验和研究。已有研究团队采用生物细 胞结构和纳米电子元素，以水凝胶作为基质，根据人耳的解剖形状，利用3D打印 技术制作出了仿生耳，能实现听觉，甚至能听立体声音乐，例如图7-12所示，为 3D打印的仿生耳。为了制造复杂的器官，必须保证器官的正常供血，这就需要一 个三维树状的血管网络。
在新车开发过程中，通常通过制作小比例模型，用来模拟汽车造型的实际 效果，供设计人员和决策者评审与确定。通常模型比例为1：4或1：5，经审定 后再制作1：1的大模型，继而进行各项试验测试。在1：1模型的基础上，可以 用增材制造技术制作和安装车灯、座椅、方向盘和轮胎等汽车零部件。