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文檔簡介
AdditiveManufacturingTechnology《3D打印技術(shù)與原理》(雙語)1Lecture
01An
introductionArrangementforthisAM
courseWhat'sAM?AdvantagesovertraditionalprocessesTermsand
ClassificationApplication
fieldsCourse
targets
AcquiringtheAMfundamentaltheory,knowledgeandskill,thustobringupthestudents'interdisciplinaryinnovativethinkingability;UnderstandingthematerialprocessingproceduresofdifferentAMtechniques,beingabletooperatecorrespondingAMinstrumentsandbeinginformedofthecutting-edgeAMapplicationsinindustries;GuidingthestudentstosolverealindustrialproblemsusingthelearnedAMtechnologiesbysmallresearchprojects;LettingthestudentsunderstandtheimpactofAMtechnologiesonmanufacturingindustryandhumandailylife
byprofessionalknowledgelearning,thereforeleadingthestudentsbeawareofsocialservices.Course
ContentChapterContentHours1Introductiontoadditivemanufacturing32Pre-processingandmodelingofadditivemanufacturing43Selectivecuringofphotosensitivematerials44Selectivelasersinteringtechnology45Fuseddepositionmodelingtechnology46LaminatedObjectManufacturingtechnology27Selectivelasermeltingtechnology48Seminaranddiscussionof3Dprinting29Post-processing、Selectionguidelinesof3Dprinting3
10Applicationsof3Dprinting2Learningby
Doing32
hourslectureincluding
discussionsHomeworkAcademic
creditsHomeworkreport
(10%)ProjectPresentation(30%)Oralexamination
(60%)
LearningskillsAcquiringtheAMfundamentaltheory,andfirmlyestablishtheprinciple-material-equipmentmainlineMastersomerepresentativefiguresinthefieldof3DprintingMasterandunderstandtheuniquenessofeachtypeof3DprintingCourse
arrangementCourse
arrangementTeam
working(ProjectPresentation)Homeworks&Project
research4-5studentsworking
togetherWritereport,perparePPTandgivethepresentationDesignandstructuraloptimizationofa
partForeachgroup,answeronequestions.Pleasemakegroupsafterthislecture!Project
Research01.UsingAMprocessandequipmenttosolve
anindustrial
problem采用增材制造技術(shù)解決工程實(shí)際問題,包括問題提出、分析、解決方案、實(shí)施、評估等環(huán)節(jié)內(nèi)容Interactive
classroom01.Eachgroupwillprepareanoralpresentation
tointroducetheresultsofHomework
0102.Eachgroupwillprepareanreportand
oralpresentationforProject
ResearchCourse
arrangementChapter1
What's
AdditiveManufacturingor3Dprinting
?Howtofabricatethefollowingparts?Howisapart
fabricated?Masschangeduring
thefabrication
process:ΔM<0Material
removalCutting…ΔM=0Material
formingWelding…ΔM>0Material
additiveAdditive
manufacturing…Subtractive
manufacturing減材制造Additive
manufacturing增材制造Formative
manufacturing成形制造Whatisadditivemanufacturing?Key:Alayer-by-layer
processAdditivemanufacturing(ReferredtoinshortasAM),alsoknownas3Dprinting,isaprocessinwhichathree-dimensionalobjectisbuiltfromacomputer-aideddesign(CAD)model,usuallybysuccessivelyaddingmaterialsinalayer-by-layerfashion.Whataretheeffects?11Howisadditivemanufacturingwork?Basicprocedureofadditivemanufacturing前處理-分層堆積-后處理
Step1:CADStep2:ConversiontoSTLStep3:STLmodelslicingStep4:toolpathandG-codegenerationStep5:machinesetupandbuildStep6:removalofprintedobjects
Step7:post-processing
Step8:application
整體——離散——整體(離散-堆積思想)WhyUsetheTermAdditiveManufacturing?MaterialIncreaseManufacturingSolidFree-formFabricationStereolithography3DPrintingRapidPrototypingLayeredManufacturing
3D
printingIngeneralAllthe
additivemanufacturingmethods
…NarrowsenseAprinter-likeadditivemanufacturing process
orequipment…Bindersprayingorsuspension
injectingAdditive
ManufacturingProcessofjoiningmaterialstomakeobjectsfrom3Dmodeldata,usuallylayerupon
layerTheBenefitsofAM
RevolutionizingproductdevelopmentandmanufacturingChangingthewaywedesignproductsandsetupnewbusinessesTheBenefitsofAM
3D
printing(yyds)Rapid:WYSIWYGSeamlessnessintermsofthereductioninprocesssteps
:
Regardlessofthecomplexityofparts
Reducedthenumberofprocessesandresources:removeoratleastsimplifymanyofthesemultistageprocesses.
TheBenefitsofAM
Whataretheadvantagesof
AMprocessovertraditional
ones?設(shè)計(jì)焊接鑄造鍛壓毛坯(大于工件)焊接焊接半成品半成品工件去除式切削加工(a)傳統(tǒng)制造設(shè)計(jì)分層疊加式增材制造樣品工件模具小批量生產(chǎn)(b)增材制造DistinctionBetweenAMandCNCMachiningMaterialsSpeedComplexityAccuracyGeometryProgrammingCategoriesofadditivemanufacturingASTMnewstandard
2012Materials
covered:Plastics(FDM,SLS,
SL)Metals (EBM,SLS,
Lens)Ceramics(3DP,SLS)CompositesMulti-materialsOthersStateof
materials:LiquidSL,
3DPPasteFDMPowderEBM,SLS,Lens,3DPFilamentFDMSheetsor
tapesLOMCategoriesofadditivemanufacturing
第2類:金屬增材制造:1977(~1992)年開始用途:裝備關(guān)鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造
第1類:非金屬增材制造:1984年提出,RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化;生產(chǎn)離散化Accordingtothetypesofprintingmaterials:第3類:生物組織增材制造:~2003年開始用途:人體組織及器官的體外/體內(nèi)“培養(yǎng)”
21
第1類:非金屬增材制造:1984年提出,RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化;生產(chǎn)離散化工藝名稱原材料增材方式光敏樹脂固化:SLA液體樹脂光固化疊層實(shí)體制造:LOM紙/塑料膜粘結(jié)熔絲擠出造型:FDM樹脂絲粘結(jié)粉床激光燒結(jié)
:SLS粉末燒結(jié)粉床3D打印
:3DP粉末粘結(jié)五種基本方法22Accordingtothetypesofprintingmaterials:高能束零件尺寸小~600mm、效率低~100g/h、成本高粉床(鋪粉)選區(qū)熔化SLM/SEBM:小型復(fù)雜構(gòu)件
第2類:金屬增材制造:1977(~1992)年開始用途:裝備關(guān)鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造23Accordingtothetypesofprintingmaterials:24粉末零件數(shù)模少量加工最終零件零件精坯激光熔化沉積
“增材制造”送粉/絲金屬增材制造,大型承力構(gòu)件~1992年開始,激光/電子束/電弧激光束高性能材料制備與復(fù)雜零件“近凈成形”一體化非平衡材料、多材料復(fù)合、梯度材料高性能構(gòu)件無需大型鍛造裝備及鍛壓模具材料利用率高、加工時(shí)間短、成本低、周期短“超?!笨焖俜磻?yīng)能力、高柔性,快速修復(fù)材料技術(shù)制造技術(shù)高性能大型復(fù)雜整體構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展方向
24Accordingtothetypesofprintingmaterials:25第3類:生物組織及人體器官增材制造用途:人體硬/軟組織或器官體內(nèi)或體外“培養(yǎng)”(3D打印生物可降解多孔支架+活性細(xì)胞或細(xì)胞直接打印后進(jìn)行“體外或體內(nèi)培養(yǎng)”)~2003年開始,25Accordingtothetypesofprintingmaterials:Terms
evolutionMaterialAccumulatingManufacturingRapidPrototyping,
RP快速原型Layered
ManufacturingRapidPrototyping&Manufacturing,
RP&M快速原型與制造Solid
Free-formFabrication,
SFF1990s2000s2010sAdditiveManufacturing,
AM增材制造3Dprinting,
3DP3D
打印DevelopmentofAdditiveManufacturingTechnology
28電子束熔絲沉積成形:北京625所1990~1995~2000~2003~電子束選區(qū)熔化成形:清華大學(xué)北京625所2007西北有色院2011中科院金屬所2011……快速原型:清華大學(xué)西安交大華中科大中北大學(xué)北京625所北京隆源公司……2003~金屬激光成形:西工大北京有色院北京625所華中科大華南理工北京殷華公司……2011~大型結(jié)構(gòu)激光成形:北航西工大北京625所……2006~激光成形大型航空鈦合金結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用:北京航空航天大學(xué)……電子束熔絲沉積成形鈦合金結(jié)構(gòu)及激光選區(qū)熔化成形精密結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用北京625所
34AdditiveManufacturingTechnologyinChina
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
35AdditiveManufacturingTechnologyinChina
2013年4月16日,科技部公布《國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃863計(jì)劃》,備受關(guān)注的增材制造(3D打?。┊a(chǎn)業(yè)首次入選。該指南聚焦航空航天、模具領(lǐng)域的需求,突破增材制造(3D打?。┘夹g(shù)中的核心關(guān)鍵技術(shù),研制重點(diǎn)裝備產(chǎn)品,并在相關(guān)領(lǐng)域開展驗(yàn)證,初步具備開展全面推廣應(yīng)用的技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)化條件。2015年2月,工信部正式發(fā)布《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015—2016年)》。該計(jì)劃提出到2016年,初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系,整體技術(shù)水平保持與國際同步,在航空航天等直接制造領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平,在國際市場上占有較大的市場份額。
36AdditiveManufacturingTechnologyinChina
“中國制造2025”:“中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃,于2015年5月8日公布。規(guī)劃提出了中國制造強(qiáng)國建設(shè)三個(gè)十年的“三步走”戰(zhàn)略,是第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)?!爸袊圃?025”要實(shí)施五大工程:智能制造工程、制造業(yè)創(chuàng)新建設(shè)工程、工業(yè)強(qiáng)基工程、綠色制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程。其中,最核心的是實(shí)施智能制造工程。未來3D打印將成為“中國制造2025”發(fā)展的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè),3D打印技術(shù)只有跟傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合起來,才能推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展。國家“十三五”相關(guān)規(guī)劃:大力推進(jìn)先進(jìn)半導(dǎo)體、機(jī)器人、增材制造、智能系統(tǒng)、新一代航空裝備、空間技術(shù)綜合服務(wù)系統(tǒng)、智能交通、精準(zhǔn)醫(yī)療、高效儲能與分布式能源系統(tǒng)、智能材料、高效節(jié)能環(huán)保、虛擬現(xiàn)實(shí)與互動(dòng)影視等新興前沿領(lǐng)域創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化,形成一批新增長點(diǎn),被確定為新的國家目標(biāo)。
38AdditiveManufacturingTechnologyinChina
我國3D打印從1988年發(fā)展至今,呈現(xiàn)出不斷深化、不斷擴(kuò)大應(yīng)用的態(tài)勢。2015-2017年的3年間,中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)了翻倍增長,年均增速超過25%。我國增材制造裝備還非常依賴進(jìn)口。a)2018年中國3D打印設(shè)備數(shù)量所屬品牌占比情況(單位,%);b)2013-2018年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增速(單位:億美元,%)a)b)
39AdditiveManufacturingTechnologyinChina
40AdditiveManufacturingStandards
WhataretheAMtechnologiesusedfor
?AdditiveManufacturing
TechnologyIfapictureisworthathousandword,then
surelyaphysicalmodelisworthathousand
picturesPrototypes–Architectural
modelsApplicationsAdditiveManufacturing
TechnologyApplicationsAdditiveManufacturing
Technology23ApplicationsPrototypes–Movie
figuresAdditiveManufacturing
TechnologyApplicationsPrototypes–Industrial
designAdditiveManufacturing
Technology25Prototypes–Industrial
designApplicationsAdditiveManufacturing
Technology27ApplicationsPrototypesArtworksPersonalizationAdditiveManufacturing
TechnologyApplicationsToolingIndirectSilicone
rubbertoolingApplicationsTooling–
DirectAdditiveManufacturing
Technology42Applications?ToolingforMetal
castingSandmoldInvestment
castingAdditiveManufacturing
Technology43ApplicationsDirectlyused
parts–
PlasticsAdditiveManufacturing
Technology4432Smallbatchcomplexpartsaredesignedand3Dprinted,thatmayonlybeusedforasingl
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