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金属3D打印变革传统制造方式
发布时间:2017/11/14 15:49:46     来源:鑫泰科技     发布者:manni123

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  作为互联网和制造业深度结合的产物亚搏娱乐网页版登陆,3D打印技术正在为传统制造业转型升级带来无限新的可能亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。国际数据公司IDC预计亚搏娱乐网页版登陆,未来5年亚搏娱乐网页版登陆,全球3D打印市场将以22.3%的年复合增长率扩大亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,2020年达到289亿美元亚搏娱乐网页版登陆。

  精确制造复杂零件

  美国材料与试验协会增材制造技术委员会将“采用打印头、喷嘴或其他打印技术亚搏娱乐网页版登陆,通过材料沉积的方法制造物体”定义为3D打印亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。近年来亚搏娱乐网页版登陆,3D打印技术得到了快速发展亚搏娱乐网页版登陆。

  3D打印通常是指利用低成本亚搏娱乐网页版登陆、功能简单的桌面级设备进行的增材制造亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,即面向大众的亚搏娱乐网页版登陆、普及版的增材制造亚搏娱乐网页版登陆。那么,什么是增材制造亚搏娱乐网页版登陆?西安铂力特增材技术股份有限公司北方区域经理左全杉介绍道,通过数字化增加材料的方式进行的制造即为增材制造亚搏娱乐网页版登陆。对应地,传统的机械加工方法是“减材制造”,锻造或铸造方法是“等材制造”亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。

  “增材制造具有无模具快速自由成形亚搏娱乐网页版登陆、全数字化、高柔性等技术特征亚搏娱乐网页版登陆,可以制造近乎无限复杂的几何结构亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,可应用于绝大多数材料种类的制造亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!弊笕急硎狙遣槔滞嘲娴锹剑虏返目焖倏⒀遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆、个性化制造亚搏娱乐网页版登陆、传统技术难以应对的极端复杂结构件亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、最优化设计显著提升产品功能都是增材制造的重要应用方向。

  尽管增材制造技术有着广阔的应用前景,但仍有人认为亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,3D打印存在致命的缺点亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,因为其所打印实物的结构中存在孔隙。对此亚搏娱乐网页版登陆,清华大学天津高端装备研究院增材制造技术研究所副所长郭超从技术和应用层面作出了解释亚搏娱乐网页版登陆。郭超表示亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,“这种现象确实存在亚搏娱乐网页版登陆,但并不是所有的材料都会出现这种现象。通过X射线断层扫描进行检测亚搏娱乐网页版登陆,我们发现亚搏娱乐网页版登陆,电子束3D打印的致密度达到了99.96%亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,已经非常高了亚搏娱乐网页版登陆,接近于全致密度亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹窖遣槔滞嘲娴锹!

  郭超所言的电子束3D打印其实是金属3D打印的一种方式。郭超表示亚搏娱乐网页版登陆,3D打印是一种变革式的生产方式亚搏娱乐网页版登陆,而金属3D打印就是这种“变革式生产方式”的重要类型。

  “金属3D打印可以分为熔覆类和粉床类两种类型亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!惫樯艿姥遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆,“前者具有较高的生产效率,通常适用于大型零件的打印亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,但是它的精度不够高,可以看出非常明显的分层现象亚搏娱乐网页版登陆;后者最大的特点是精确亚搏娱乐网页版登陆,可用于中小零件及形状复杂零件的制作亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!贝幽芰吭吹慕嵌然,粉床类打印又可以分为激光和电子束亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!澳壳笆褂眉す獯蛴〉牧慵ざ却蟾盼幻鬃笥已遣槔滞嘲娴锹窖遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹剑”

  获得更高力学性能

  随着金属3D打印技术逐渐应用到产业,一些相应的力学性能问题也引发了学界和业内人士的思考。在技术构思期,常见的质疑如金属增材制造技术能够实现极高力学性能吗?有原型制造专家甚至断言:已有的快速成形技术所获零件性能都不高,只能用于原型制造亚搏娱乐网页版登陆。而技术发展期亚搏娱乐网页版登陆,人们又会问亚搏娱乐网页版登陆,铸态材料如何实现锻件性能?

  事实上,伴随着金属3D打印技术应用转化的深入推进亚搏娱乐网页版登陆,这些问题的答案也逐渐清晰亚搏娱乐网页版登陆。左全杉表示亚搏娱乐网页版登陆,金属增材制造产品的力学性能主要表现为三个方面:成分均匀亚搏娱乐网页版登陆,从粉末成形到小熔池凝固基本无宏观偏析亚搏娱乐网页版登陆;材质致密,固/液界面平滑亚搏娱乐网页版登陆,能够实现充分补缩亚搏娱乐网页版登陆;组织细小亚搏娱乐网页版登陆,可以达成快速凝固亚搏娱乐网页版登陆。由此看出亚搏娱乐网页版登陆,“增材成形原理并不排除实现极高力学性能的可能性亚搏娱乐网页版登陆,只要成形点的材料性能高亚搏娱乐网页版登陆,而且点与点亚搏娱乐网页版登陆、道与道亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、层与层之间良好结合,金属增材制造技术完全可以实现极高力学性能”亚搏娱乐网页版登陆。

  针对铸态材料与锻件性能的优劣问题,左全杉说亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,“为什么一般情况下锻件性能优于铸件性能亚搏娱乐网页版登陆?从材料学角度讲亚搏娱乐网页版登陆,造成铸件性能低的原因主要是缩松亚搏娱乐网页版登陆、组织粗大亚搏娱乐网页版登陆、杂质集中分布等方面的因素亚搏娱乐网页版登陆,而金属3D打印的激光立体成形件具有明显的成分均匀、材质致密亚搏娱乐网页版登陆、组织细小亚搏娱乐网页版登陆、杂质均匀分布的特点,补足了铸态材料的缺陷亚搏娱乐网页版登陆!

  此外亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,也有质量专家对金属3D打印构件在工程应用期的使用性能表示忧虑亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,指出逐点制造如何保持整体性能的一致性亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆?铸件和锻件的成形条件真的是处处一致吗亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆?对此亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,左全杉表示亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,由于金属增材制造的逐点成形提供了逐点控制的条件亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,反而更有机会实现整个零件成形条件的高度一致性⊙遣槔滞嘲娴锹窖遣槔滞嘲娴锹剑“当然亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,这种高度一致性的前提是对构件的成形过程以及装备的高控制精度有着全面深刻的科学认识亚搏娱乐网页版登陆!弊笕疾钩涞姥遣槔滞嘲娴锹窖遣槔滞嘲娴锹剑盎竦酶吡ρ阅艿那熬捌涫凳欠⒄乖霾闹圃斓淖ㄓ煤辖鹛逑笛遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆!

  3D打印的力学问题也是郭超在研究过程中遇到的重要问题亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!傲私3D打印亚搏娱乐网页版登陆,特别是金属3D打印的人亚搏娱乐网页版登陆,都知道3D打印一个特别重要的考量就是要降低应力亚搏娱乐网页版登陆,避免打印过程中的变形亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!惫硎,“温度相差越大亚搏娱乐网页版登陆,应力越大。而目前的金属电子束技术具有更高的能量密度和粉床温度亚搏娱乐网页版登陆,可以实现制造亚搏娱乐网页版登陆、热处理一体化亚搏娱乐网页版登陆,在打印过程中已经特别不容易变形或开裂亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,不需要传统制造方式中后续进行的金属材料的热处理工艺亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!

  解决传统工艺难题

  目前,金属3D打印技术主要应用于航空航天亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、医疗植入体等领域亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。郭超表示亚搏娱乐网页版登陆,在航空航天领域亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,激光3D打印有很多应用亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,“因为它可以制造一些轻量化的亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、复杂的结构亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,而电子束的一个‘杀手锏级’的应用,也是目前工业上非常经典的应用,就是航空发动机的低压涡轮叶片亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹!焙娇疹崖梁辖鹨镀闹圃斐杀居刖苤旖咏,而重量轻30%,“可以预见的是,未来十年亚搏娱乐网页版登陆,铸造行业传统工艺被3D打印替代是不可阻挡的潮流”亚搏娱乐网页版登陆。

  左全杉介绍道亚搏娱乐网页版登陆,金属增材制造技术在航空航天领域的应用体现为高性能修复、极端复杂的结构件制造、功能强化亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、减重四个方面亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。以美国AeroMet公司为例亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,该公司采用金属增材制造中的激光立体成形技术使F15战斗机中机翼梁的检修周期缩短为1周,F15飞机腐蚀损伤零件的更换周期大幅度缩短。而瑞士洛桑联邦理工学院采用激光立体成形技术修复单晶涡轮叶片,单晶涡轮叶片修复中损伤叶片的激光修复时间仅为1~3分钟/片。

  近年来,医疗植入体沿着从标准化到个性化的轨佳遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆?焖俜⒄亚搏娱乐网页版登陆。郭超说,“目前来讲,国内外市场上普遍使用的都还是标准化的植入体亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,下一步的趋势是个性化亚搏娱乐网页版登陆,即每一个骨骼植入体不仅尺寸相异亚搏娱乐网页版登陆,形状和外观也不同!蓖ü隒T扫描技术紧密结合亚搏娱乐网页版登陆,3D电子束打印可以根据患者的具体情况定做骨头亚搏娱乐网页版登陆!吧璩隼吹慕峁ü只椒ê芸煨纬尚枰男薷刺,把图纸发过去即可直接制作实体构件亚搏娱乐网页版登陆,72小时之内,这个植入体就能到达医生手上亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,为患者进行手术亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!

  “3D打印的骨骼构件有一个非常明显的特点就是其表面特殊的二级网格状结构亚搏娱乐网页版登陆,是一种仿生结构,模拟人体的骨骼亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆。这种结构植入到人体之后,骨头可以直接生长到电子束打印的构件中,形成非常好的生物固定亚搏娱乐网页版登陆。这也是电子束3D打印目前在医疗行业应用非;鸨脑亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆!惫衔遣槔滞嘲娴锹剑爸恍栉宓搅,3D打印在骨科方面的应用会快速覆盖到整个医疗行业亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹亚搏娱乐网页版登陆!鑫泰数控加工中心机器人龙门

  未来亚搏娱乐网页版登陆,郭超希望金属3D打印技术更加注重核心零部件的自主化亚搏娱乐网页版登陆,包括电子枪亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、配套电源亚搏娱乐网页版登陆、聚焦扫描线圈亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、高度线圈驱动亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆⊙遣槔滞嘲娴锹剑“3D打印是系统化的工程亚搏娱乐网页版登陆,是一套完整的解决方案亚搏娱乐网页版登陆,要注重核心材料工艺自主化,从粉末材料到工艺参数包再到粗糙度亚搏娱乐网页版登陆、致密度、化学成分以及强度亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆、疲劳等性能亚搏娱乐网页版登陆亚搏娱乐网页版登陆,形成‘材料—参数—性能’数据库亚搏娱乐网页版登陆!贝送亚搏娱乐网页版登陆,郭超表示亚搏娱乐网页版登陆,“希望‘3D打印+’注重更加民用化的方向,这也是3D打印未来发展的一个重要趋势亚搏娱乐网页版登陆!
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