关键技术:
1增材制造过程工艺模拟
激光增材制造技术(俗称激光3D打印)是融合了激光、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”成型原理,根据零件的CAD模型进行切片分层处理,采用数控系统控制工作台按照分层软件设定的路径进行扫描,通过激光熔化金属粉末层层叠加获得近净成形零件,增材制造技术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。
增材制造是结合计算机辅助设计来生产制造三维物体的过程。在增材制造过程中,物体的创建是通过连续铺设材料层直至创建出整个物体来实现的。图1说明了典型的增材制造工作流程。第1步到第7步展示的是物体从设计直至生产的整个工作流程。
图1:标准增材制造工作流程
从历史上看,传统或常规的制造方法主要是利用消减工艺将各种形式的基础原材料转变为成品。这些技术采用沿用已久的设计加工方法、工具、设备(例如铸造车间、车床、CNC等)、生产活动及步骤。增材制造(AM)是常规制造方法的伟大变革。增材制造以3D打印而广为人知,是一种现代制造技术。图2图4展示了这两种类型的制造工艺。
图2传统制造
图3增材制造(激光送粉)图4增材制造(激光铺粉)
澳大利亚联邦科学与工业研究组织的未来制造技术主管SweeMak博士在2014年6月4日的Hu
ter研究基金会会议上展示了图5。他总结道:“与对一整块成品材料进行加工以制造出产品的传统消减制造方法相比,增材制造方法
不仅速度快、能耗低,而且减少了废料。”
f图5增材与消减制造对比
全球增材制造市场包括3D打印机、材料及服务提供商。到2020年,整个市场(不包括材料)的价值有望达到114亿美元;2016至2020年间,预计年增长率为210。图6(a)和图6(b)列出了全球增材制造市场近年的发展及主要行业的市场占有率。
图6(a):全球主要增材制造市场图6(b):采用增材制造技术的行业
二十世纪末,制造技术的发展产生了对新类别工艺(即“增材制造”)的需
求。2016年3月3日,在美国南卡罗莱纳州查尔斯顿举办的SHIPTECH2016会议中,Co
curre
tTech
ologies公司的Ke
ethSabo介绍了增材制造工艺的优势与挑战。表1给出了增材制造工艺的优势挑战概览。
优势
挑战
1制造复杂部件
1材料研发,数据积累滞后
2产品多样化,不增加成本2功率源开发滞后;
3生产周期短
3质量的一致性,打印机的稳定性
4零技能制造
4最终形状的变形控制
5不占空间,r