完整版智能制造 增材制造技術(shù)

1、智能制造,-,增材制造技術(shù),目錄,起源及原理,1,主要方法及優(yōu)勢,2,國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀,3,國外發(fā)展現(xiàn)狀,4,應(yīng)用與展望,5,一、起源及原理,起源：,增材制造（,Additive,Manufacturing,，,AM,）俗稱,3D,打,?。?3D,printing,），該技術(shù)誕生于上世紀(jì),80,年代的美國，又稱,“添加制造”技術(shù)，是一種快速成型技術(shù)，迄今已有,30,多年的發(fā),展歷史。,原理：,增材制造技術(shù)是根據(jù),CAD/CAM,設(shè)計(jì)，采用逐層累積的,方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的減材制造（切削加工）,技術(shù)，它是一種材料累積的制造方法。,融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、,材料加工與成形技術(shù)、以數(shù)字模型文

2、件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控,系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠,壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物,品的制造技術(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)行打印；,打印好的三維產(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

3、及優(yōu)勢,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,，,FDM,）,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 Fabrica

4、tion,，,FFF,）,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,1.,制造復(fù)雜物品。（目前已顯現(xiàn)）,2.,產(chǎn)品多樣化不增加成本。,3.,生產(chǎn)周

5、期短。（最大的優(yōu)點(diǎn)）,4.,無需采用模具。,5.,不占空間、便攜制造。（戰(zhàn)場、災(zāi)區(qū)）,6.,節(jié)省材料,。,SLS,Cast,增材制造大型復(fù)雜發(fā)動機(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

6、為中,國版的“工業(yè),4.0,計(jì)劃”，規(guī)劃中多次提到了對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,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,材料,激光,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,C,919,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

7、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

8、,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)增大對增材制造技術(shù)的,研發(fā)經(jīng)費(fèi)，

9、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

10、,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。,

11、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。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,?,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。,發(fā)展趨勢展望,五、應(yīng)用與展望,?,機(jī)理上：