金属增材制造技术在航空领域的发展与应用

航空航天先进材料工艺结课报告增材制造在航空航天领域的发展应用背景：增材制造的概念是在20世纪80年代后期提出的。

我国与90年代初期开始增材制造的相关研究。

经过二十几年的时间，增材制造技术已经成为一项重要的技术应用在尖端科技和日常生活中，在诸多领域内都有着广泛的应用和巨大的发展前景。

甚至有人说3D打印增材制造技术是第四次工业革命的开始。

作为尖端科技的航空航天领域，一个对材料性能有着极高要求的行业，自然早就开始应用了增材制造技术。

最初增材制造技术在航空制造业只扮演了快速原型的小角色。

而最近的发展趋势显示，这一技术将在未来的航空航天领域占据极其重要的地位。

一、增材制造技术在航空航天领域制造的优势航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用，对高效、低成本快速研制提出了迫切的要求。

增材制造技术生产零件不需要模具，可以根据零件三维模型直接构建利用计算机构建数学模型，再运用3D打印机直接生产。

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, 并大大减少加工工序。

[1]二、增材制造技术的热源种类及区别航空航天领域内的增材制造主要包括金属结构的增材制造。

目前，金属增材制造所使用的热源有三类：激光、电子束、和电弧。

以激光作为热源的金属增材制造技术有基于送粉的激光熔化沉积；以电子束作为热源的金属增材制造技术有基于铺粉的电子束选区熔化和基于送丝的电子束熔化沉积。

电弧熔丝增材制造技术采用电弧或等离子弧作为热源，将金属丝材熔化逐层堆积成形，制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属件，再铺以少量机械加工最终达到产品的使用要求。

[2]激光增材制造技术是一门融合了激光计算机软件、材料、机械、控制等多学科知识的系统性、综合性技术。

采用离散化手段逐点或逐层“堆积”成形原理，依据产品三维CAD 模型，快速“打印”出产品零件，彻底改变了传统金属零件，特别是高性能难加工、构型复杂等金属零件的加工模式。

航空航天先进材料工艺结课报告增材制造在航空航天领域的发展应用背景：增材制造的概念是在20世纪80年代后期提出的。

我国与90年代初期开始增材制造的相关研究。

经过二十几年的时间，增材制造技术已经成为一项重要的技术应用在尖端科技和日常生活中，在诸多领域内都有着广泛的应用和巨大的发展前景。

甚至有人说3D打印增材制造技术是第四次工业革命的开始。

作为尖端科技的航空航天领域，一个对材料性能有着极高要求的行业，自然早就开始应用了增材制造技术。

最初增材制造技术在航空制造业只扮演了快速原型的小角色。

而最近的发展趋势显示，这一技术将在未来的航空航天领域占据极其重要的地位。

一、增材制造技术在航空航天领域制造的优势航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用，对高效、低成本快速研制提出了迫切的要求。

增材制造技术生产零件不需要模具，可以根据零件三维模型直接构建利用计算机构建数学模型，再运用3D打印机直接生产。

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, 并大大减少加工工序。

[1]二、增材制造技术的热源种类及区别航空航天领域内的增材制造主要包括金属结构的增材制造。

目前，金属增材制造所使用的热源有三类：激光、电子束、和电弧。

以激光作为热源的金属增材制造技术有基于送粉的激光熔化沉积；以电子束作为热源的金属增材制造技术有基于铺粉的电子束选区熔化和基于送丝的电子束熔化沉积。

电弧熔丝增材制造技术采用电弧或等离子弧作为热源，将金属丝材熔化逐层堆积成形，制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属件，再铺以少量机械加工最终达到产品的使用要求。

[2]激光增材制造技术是一门融合了激光计算机软件、材料、机械、控制等多学科知识的系统性、综合性技术。

采用离散化手段逐点或逐层“堆积”成形原理，依据产品三维CAD 模型，快速“打印”出产品零件，彻底改变了传统金属零件，特别是高性能难加工、构型复杂等金属零件的加工模式。

增材制造技术在航空航天领域的应用引言随着科技的不断进步和航空航天领域的快速发展，增材制造技术作为一种新兴的生产制造方式，正逐渐应用于航空航天领域。

增材制造技术通过直接在三维空间内逐层添加材料，相对于传统的减材加工方式，具有更高的灵活性和自由度，且能够大幅度减少材料浪费。

本文将详细探讨增材制造技术在航空航天领域的应用，并分为以下几个方面进行阐述。

一、原型制造增材制造技术在航空航天领域的一个重要应用是原型制造。

在航空航天领域，研发新的飞机、航天器和航空部件等需要大量的原型验证。

传统的原型制造方式通常需要制作和加工各种模具和模型，费时费力。

而利用增材制造技术，既可以根据设计需求直接制造出准确的原型，又能够快速反馈设计结果，大大提高了航空航天原型制造的效率。

二、零部件制造增材制造技术在航空航天领域还被广泛应用于零部件制造。

航空航天器的零部件往往需要满足高强度、高精度等特殊要求。

增材制造技术可以根据设计要求，直接利用特殊合金材料制造出复杂形状的零部件，避免了传统加工过程中的材料浪费和工艺复杂性。

此外，增材制造技术还能够根据需要实现定制化生产，为航空航天器的组装和维护提供了更大的灵活性。

三、修复和更新航空航天器的使用时间长、工作环境恶劣，常常出现部件磨损、裂纹等问题。

传统的修复方式通常要求取下受损部件，并通过焊接、切割等方法进行修复，不仅费时费力，而且容易对航空航天器造成二次损伤。

利用增材制造技术，可以在受损部件上直接进行修复，通过添加材料的方式填补裂缝，大大提高了航空航天器的修复效率。

此外，增材制造技术还可以用于零部件的更新。

当航空航天器需要进行升级或者更换零部件时，传统的供应链体系复杂且耗时，而增材制造技术可以根据需求即时生产所需的零部件，简化了供应链流程，提高了航空航天器的可靠性。

四、材料研究和创新增材制造技术的发展也推动了航空航天领域的材料研究和创新。

在增材制造过程中，可以使用各种传统加工方式无法应用的材料，如高温合金、超高分子量聚乙烯等。

增材制造技术在航空航天工程领域应用案例近年来，随着3D打印技术的发展和应用，增材制造技术在航空航天工程领域得到了广泛的应用和探索。

增材制造技术以其快速制造、个性化定制以及高性能材料应用的能力，为航空航天工程带来了革命性的变革。

本文将通过介绍几个具体的案例，阐述增材制造技术在航空航天工程领域的应用和优势。

首先，增材制造技术在航空航天工程中的一个重要应用领域是航空航天发动机部件的制造。

传统的金属制造工艺通常需要多个工序，而增材制造技术可以通过一次性打印出整个部件，大大简化了制造流程，提高了生产效率。

比如，美国国家航空航天局（NASA）利用增材制造技术成功制造出了一台先进的火箭发动机燃烧室。

这个燃烧室是通过3D打印将多个部分整合在一起制造而成，相比传统的制造方法，不仅减轻了重量，还提高了耐热性和耐腐蚀性。

这一应用案例表明，增材制造技术能够显著提升发动机部件的性能和可靠性。

其次，增材制造技术在航空航天工程中还可应用于航天器零部件的制造。

传统的零部件制造通常需要通过切削、铸造等工艺来实现，而增材制造技术可以直接将设计好的模型进行3D打印，从而减少了材料的浪费和加工时间的消耗。

美国航空航天局在航天器零部件制造方面取得了一系列的成功。

例如，他们成功实现了通过增材制造技术制造出金属螺栓和其他连接器件，这些零部件不仅具备了足够的强度和可靠性，而且还具备较轻的重量，这对于航天器飞行任务是非常重要的。

另外，增材制造技术还可以应用于复杂结构件的制造。

由于传统的制造方法往往受到形状复杂度的限制，很难实现一些复杂结构件的制造，而增材制造技术则可以轻松地打印出各种形状复杂的结构件。

例如，美国斯科特空军基地曾使用增材制造技术制造一种特殊的降落伞插孔盖板，这个零部件具备很高的复杂度和精确度要求，3D打印技术成功地解决了传统方法无法生产的难题。

这一案例显示了增材制造技术在制造复杂结构件方面的独特优势和能力。

此外，增材制造技术还可以应用于快速拼装和修复航空航天设备。

增材制造技术在航空航天领域的应用研究摘要：增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是一种将材料一层层堆积并通过加热或固化方法形成三维物体的先进制造技术。

随着AM技术的发展和成熟，其在航空航天领域的应用越来越广泛。

本文将探讨增材制造技术在航空航天领域中的应用及其带来的效益。

一、引言航空航天领域对材料的性能和质量要求非常高，传统制造方法所制造的复杂构件面临着成本高、生产周期长等问题。

而增材制造技术以其优势逐渐成为航空航天领域的热门研究领域。

本文将从结构件制造、模型制作、修复与维护等方面探讨增材制造技术在航空航天领域中的应用。

二、增材制造技术在航空航天领域的应用1. 结构件制造增材制造技术在航空航天结构件制造中具有独特的优势。

首先，其能够快速制造复杂结构，并减少材料浪费。

其次，AM技术所制造的结构件具有良好的力学性能和热学性能，能够满足航空航天领域对材料强度和耐高温的要求。

此外，增材制造技术还可以制造出更轻量化的结构件，提高飞行器的整体性能。

因此，增材制造技术在航空航天结构件制造中得到了广泛应用。

2. 模型制作在航空航天研发中，大量的模型制作工作需要进行，传统的方式往往是通过手工雕刻或者模具制作来完成。

而增材制造技术可以通过三维打印技术直接将设计图件转化为实物模型，大大缩短了模型制作的周期。

不仅如此，使用增材制造技术还能够准确还原设计细节，提高模型的精度和质量。

因此，AM技术在航空航天模型制作方面的应用也变得越来越普遍。

3. 修复与维护航空航天器的修复与维护一直是一个重要而复杂的领域。

传统的方法往往需要制造昂贵的替代件或者进行复杂的修补操作。

而增材制造技术可以通过3D扫描和打印等方法，将受损的部件进行快速修复或替换。

这种方法不仅节省了时间和成本，还可以准确还原航空航天器原有的结构和性能。

因此，增材制造技术在航空航天器的修复与维护中具有广泛的应用前景。

三、增材制造技术的挑战与展望尽管增材制造技术在航空航天领域中有着广泛的应用前景，但仍面临一些挑战。

解析金属增材制造技术在航空领域的发展与应用航空工业在上个世纪80年代就开始使用增材制造技术，之前增材制造在航空制造业只扮演了做快速原型的小角色。

最近的发展趋势是，这一技术将在整个航空航天产业链占据战略性的地位。

包括波音、空客、LockheedMartin,霍尼韦尔以及普惠都做出了表率行动。

新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本方向发展，越来越多地采用整体结构，零件趋向复杂化、大型化，从而推动了增材制造技术的发展与应用。

增材制造技术从零件的三维CAD模型出发，无需模具，直接制造零件，可以大大降低成本，缩短研制周期，是满足现代飞行器快速低成本研制的重要手段，同时也是满足航空航天超规格、复杂金属结构制造的关键技术之一。

电子束熔丝沉积成形电子束熔丝沉积技术又称为电子束自由成形制造技术(ElectronBeamFreeformFabrication，EBF3)。

在真空环境中，高能量密度的电子束轰击金属表面形成熔池，金属丝材通过送丝装置送入熔池并熔化，同时熔池按照预先规划的路径运动，金属材料逐层凝固堆积，形成致密的冶金结合，直至制造出金属零件或毛坯。

电子束熔丝沉积快速成形技术具有一些独特的优点，主要表现在以下几个方面：(1)沉积效率高。

电子束可以很容易实现数10kW大功率输出，可以在较高功率下达到很高的沉积速率(15kg/h)，对于大型金属结构的成形，电子束熔丝沉积成形速度优势十分明显。

(2)真空环境有利于零件的保护。

电子束熔丝沉积成形在10-3Pa真空坏境中进行，能有效避免空气中有害杂质(氧、氮、氢等)在高温状态下混入金属零件，非常适合钛、铝等活性金属的加工。

(3)内部质量好。

电子束是“体”热源，熔池相对较深，能够消除层间未熔合现象;同时，利用电子束扫描对熔池进行旋转搅拌，可以明显减少气孔等缺陷。

电子束熔丝沉积成形的钛合金零件，其超声波探伤内部质量可以达到AA级。

(4)可实现多功能加工。

电子束输出功率可在较宽的范围内调整，并可通过电磁场实现对束流运动方式及聚焦的灵活控制，可实现高频率复杂扫描运动。

增材制造技术在航天航空领域中的应用发展引言随着科技的不断进步和全球航天航空领域的发展，增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）作为一种重要的制造技术逐渐受到重视。

本文将重点探讨增材制造技术在航天航空领域中的应用发展，并分析其中的挑战和未来的发展方向。

一、增材制造技术的概述增材制造技术，也被称为三维打印技术，是一种直接根据数字模型来生产零件的制造方法。

与传统的减材制造技术相比，增材制造技术具有更高的灵活性和个性化生产能力。

它通过层层堆叠材料或能源的方式，实现零件的逐层生长，使得复杂形状的零件能够被制造，并大大降低了制造成本和时间。

二、增材制造技术在航天航空领域的应用1. 制造复杂零件航天航空领域的零件通常需要具有复杂的几何形状，传统的制造方法往往无法满足需求。

利用增材制造技术，可以通过逐层堆叠材料的方式制造出具有复杂几何形状的零件，如燃烧室、导流道等。

这不仅大大提高了零件的制造效率，还降低了制造成本。

2. 提高部件性能航天航空领域对零件的性能要求非常高，如耐高温、耐腐蚀等。

增材制造技术可以选择性地改变材料的组成和结构，实现不同区域的定制化材料性能设计。

通过增材制造技术制造的零件能够更好地满足航天航空领域对性能的需求。

3. 降低重量在现代航天航空领域中，减轻系统重量对提高飞行性能和降低能源消耗至关重要。

增材制造技术可以通过优化零件几何形状和内部结构，将多个零件集成为一个整体，减少连接件的数量，从而降低整个系统的重量。

4. 快速制造和修复航空航天领域对于部件的快速制造和修复具有重要意义。

传统的制造方法需要大量的时间和成本，而增材制造技术可以实现快速制造和修复，极大地提高了航空航天领域的可靠性和维护效率。

三、增材制造技术在航天航空领域的挑战1. 材料性能和质量控制航天航空领域对材料性能和质量的要求非常高。

目前，增材制造技术的材料选择仍然较为有限，需要更多的研究和发展，以满足航天航空领域对材料性能的要求。

新型增材制造技术在航空航天领域中的应用随着科技的不断进步，新型增材制造技术已经逐渐成为了航空航天领域中的新宠儿。

新型增材制造技术是指通过逐层堆积材料来制造三维物体的一种技术，与传统的制造方式完全不同。

与传统的加工方式相比，新型增材制造技术具有制造效率高、精度高、适用性广等明显优势，因此在航空航天领域中得到了广泛的应用。

一、新型增材制造技术在航空航天领域中的应用1、制造燃烧室航空发动机中的燃烧室是一个非常重要的部件，决定着发动机的性能和寿命。

由于燃烧室的形状复杂，传统的制造方式往往需要进行多次加工，且制造效率低、成本高。

而利用新型增材制造技术，可以直接通过三维打印机将燃烧室一次性制造出来，不仅大幅提高了生产效率，还降低了制造成本。

2、制造大型结构件在大型飞机制造中，钛合金等材料成为了广泛应用的材料，但是这些材料的制造、加工难度很大。

利用新型增材制造技术，可以直接将钛合金等材料堆积成所需要的大型结构件，而不需要进行摆锤加工等传统的加工方式，大大提高了生产效率。

3、制造复杂曲面结构件航空航天领域中常常需要制造形状复杂的曲面结构件，如蒙皮板、翼型等。

传统的制造方式难以满足这种形状的加工需求，而利用新型增材制造技术，可以直接通过三维打印机将所需要的形状一次性打印出来，提高了生产效率，同时大大提高了精度。

二、新型增材制造技术在航空航天领域中的发展趋势1、自适应制造技术自适应制造技术是指通过对物体的形态、质量、力学性能等方面的实时控制和调整，使得制造过程变得更加智能化。

在航空航天领域中，自适应制造技术可以将制造过程中的不确定性、变化性降至最低，大幅提高产品的质量和稳定性。

2、流态抑制技术流体流动对于航空航天领域中的制造工艺有着非常重要的意义。

流态抑制技术是指通过驱动气流，将流体在流动过程中的波动抑制住，从而获得更加稳定和高精度的流动。

这种技术可以应用于制造低声噪、低阻力、高效率的飞行器。

三、新型增材制造技术在航空航天领域中的优越性1、自适应性强新型增材制造技术具有很强的自适应性，能够根据不同的制造需求，对制造过程进行自动调整和控制，从而大幅提高了制造效率和精度。

金属材料增材制造技术应用现状及发展趋势文/ 孙子文0 前言增材制造技术（又称“3D打印”）被誉为引领产业变革的颠覆性技术之一。

区别于传统对原材料切削组装的减材加工过程，增材制造技术通过数字模型文件将金属粉末、塑料等可结合材料熔融、挤压、烧结、光固化等逐点、逐线、逐面堆积，制造出实际物体。

增材制造根据数字模型制造出复杂结构，节省材料、可灵活设计和个性化定制。

随着新型材料的不断应用和增材制造技术的发展，增材制造技术大量应用在航空航天、生物医疗、交通、智能穿戴等领域。

近年来，增材制造技术越来越受到重视，美国、英国、德国等都提出了增材制造技术研究、产业计划，投入大量人力物力进行产业竞争。

我国也对增材制造技术加以支持，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》重点提及增材制造；《增材制造标准领航行动计划（2020－2022年）》提出推动2~3项我国优势增材制造技术和标准制定为国际标准，增材制造国际标准转化率达到90%，增材制造标准国际竞争力不断提升。

北京、广东、陕西等地也根据实际情况不断推动增材制造产业发展，2020年广东省3D打印设备产量增长超过100%。

金属材料广泛应用于工业生产和日常生活的各个领域，金属材料增材制造工艺作为门槛最高、前景最好的技术之一，也应用在多个领域。

本文介绍金属材料增材制造的工艺、应用，讨论金属材料增材制造的面临挑战和发展趋势，展望金属增材制造技术的前景。

1 金属材料增材制造工艺根据热源来分，金属材料增材制造技术可分为激光、电子束、电弧增材制造。

激光增材制造主要应用于复杂小件的精密快速成形；电子束增材制造能量密度和能量利用率都较高，使得沉积效率和速率也很高；电弧增材制造主要适用于大尺寸、低精度复杂形状工件的快速成形制造，但由于精度低，成形后通常需要后续处理。

金属粉末的增材制造主要有选区激光烧结、选区激光融化、电子束选区融化等，通过数字模型用高能束进行烧结融化，单层成形后，成形平台下降一个单层的高度，铺粉系统制备一层新的粉末材料，然后高能束照射形成新的单层，循环往复，形成三维实体样品。

金属增材制造技术在航空制造领域的应用随着机载电子设备和复合材料的发展，轻量化一直是航空工业的发展趋势。

金属增材制造技术为航空制造领域提供了新的解决方案，不仅可以减轻整机重量，更可以实现快速制造，提高了生产效率。

本文将从材料、工艺、应用三个方面介绍金属增材制造技术在航空制造领域的应用。

一、金属材料在航空制造中的应用金属增材制造领域使用最广泛的材料是钛合金。

钛合金因其高强度、高韧性和轻重量比而被广泛应用于航空制造领域。

在实际生产中，通过金属增材制造技术可以制备出复杂的几何形状的零件，而钛合金材料也正是满足这一需求的理想选择。

除此之外，金属增材制造还可以使用不同的金属材料制造复合材料。

例如，通过选择不同的金属材料，可以在生产过程中获得更好的强度和刚度。

这些复合材料可用于制造航空发动机叶片等高温部件。

二、金属增材制造的工艺过程金属增材制造技术的主要工艺过程包括熔融沉积、电子束融合、激光成形等。

其中，激光成形是最常用的一种工艺。

下面以激光成形为例来介绍金属增材制造的工艺过程。

1. 原材料预处理金属增材制造的原始材料一般为钛合金等金属粉末，因此需要对其进行预处理。

预处理目的是使金属粉末颗粒具有所需的形状和尺寸，以便于后续成形过程使用。

预处理方式主要有筛选、颗粒整形、烘烤等。

2. 构建支撑结构和预热基于CAD的设计将被导入微波炉的控制系统中。

系统会按照预设的CAD文件准确控制激光束的运动轨迹，$CO_2$激光束在精确控制的垂直方向上扫描并定位于工作区域所需成型的部位上。

3. 层层叠加激光束和金属粉末可用于建立任意复杂形状的零件。

因此，可以通过将多层分别加工制造成形，再将其堆叠组合，在高温与压力条件下焊接成整体复合体系。

该成型方法可以获得高精度形状和尺寸，并且还可以减少开发和制造时间。

三、金属增材制造在航空制造领域的应用1. 航空发动机叶片目前，航空发动机叶片是使用金属增材制造技术制造的最常见部件之一。

利用这种技术，可以在叶片表面上制造复合材料，从而使叶片在高温和高压的环境下具有更好的性能。