论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 工程杂志 >> 金属工艺杂志 >> 锻压装备与制造技术杂志 >> 正文

金属增材制造技术研究与应用

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

摘要:随着我国“中国制造2025”发展战略的提出,制造技术将面临巨大的提档升级与更新换代的历史机遇。增材制造技术是对传统加工技术的有效补充,是一项具有划时代意义的战略性技术,被认为是“第3次工业革命”的核心技术。作为增材制造重要一环的“金属增材制造”,必将在工业制造领域起到至关重要的作用。通过查阅大量文献,介绍了金属增材制造技术的现状、种类和存在的不足。

关键词:金属3D打印;制造业;加工方法

增材制造技术(又称3D打印技术)是20世纪80年代提出的一种离散层叠加工技术,是“中国制造2025”战略中最主要的支撑技术之一。金属增材制造是增材制造技术的重要组成部分,是通过原材料能够直接成形为产品的一种技术手段。首先采用三维CAD软件设计出物体的三维模型,再使用切片软件把所设计的物体按照预定的加工参数进行切片,最后通过计算机控制每一层和每一片来实现无缝连接,真正实现所谓的无模具、无夹具加工。金属增材制造技术现已用于众多领域,如航空航天、船舶、医疗器械、汽车等高精尖行业领域。金属增材制造技术主要有电子束选区熔化技术(ElectronBeamSelective,EBSM)、选区激光熔化技术(SelectiveLaserMelting,SLM)、激光近净成形技术(LaserEngineeredNetShaping,LENS)、电弧丝材3D打印技术、低熔点合金油墨3D打印技术等。

1金属增材制造技术的研究与应用现状

金属增材制造技术起源于20世纪80年代后期的美国,随后传入了日本和欧洲,并于20世纪90年代传入我国。经过20多年的发展,我国取得了突破性发展。据统计,2015年全球金属增材制造同比增长35%,2016年我国金属增材制造同比增长17%。欧美在金属增材制造领域一直处于世界领先地位,而我国还处于跟随阶段。我国现有的多支金属增材制造技术的研究团队。其中华南理工大学、南京航空航天大学、中北大学和华中科技大学主要从事SLM技术的研究,清华大学主要从事EBSM技术的研究,而西北工业大学主要从事LENS技术的研究。在金属增材制造装备领域,华中科技大学先后提出了2套SLM技术的设备,特别是在张海鸥教授的领导下,研发出了“智能微锻造”的3D打印机,使增材制造技术迈上一个新台阶,华南理工大学也先后推出了3款自主研发的机型。另外西安铂力特、湖南华曙高科、广东汉邦激光等公司也逐渐开发出成熟的SLM设备并完成商业化。

1.1SLM技术选区激光熔化技术(SLM)最早由德国Fraunhofer研究所在1995年提出,2003年英国MCP公司研制出世界第1台SLM打印机。该技术是通过铺粉辊把金属粉末铺在粉床上,然后激光通过电脑的控制,按照规划好的轨迹,选择性地使金属粉末熔化凝固成所需物体。SLM成形不受所打印零件的形状和尺寸的约束,每层金属衔接好,成品质量高于同等材料的铸造件,而且越来越受到国内外生产制造商的青睐。通过多年的发展,SLM激光束光斑直径可以聚焦到0.1~0.5mm,致密度接近100%,其性能达到锻件的程度,尺寸精度达到10~50µm,表面粗糙度达到20~30µm。在国内,华中科技大学、华南理工大学、南京航空航天大学和中北大学的设备硬件部分已达到国际先进水平。

1.2EBSM技术EBSM技术统称为铺粉电子束选区熔化技术。与SLM技术相比,主要是热源不同,它的热源为电子。不同于激光,电子是一种看不见、跑不快、有质量、有电荷的粒子,而激光中的光子是一种看得见、跑的快、没质量、没电荷的粒子,这也就是这两种技术的区别。因此,EBSM技术具有打印速度更快、效率更高,可以打印难熔金属等优点。

1.3LENS技术LENS是一种被称为航空航天修复神器的技术,该技术是以激光为热源,材料以粉末或丝状直接送入高熔区进行层叠加工的方法。该技术只能制造毛坯,要想得到更高精度的物体,只能通过后期处理。该技术与SLM技术相比,就在于送料的方式不同,一个是事先铺好,一个是直接送过去。

1.4新技术目前出现了很多新的金属增材制造技术,比如Arconic公司提出的液体石墨3D打印、大阪钛业推出的新型金属3D打印、ORNL开发的强大的永磁性能的3D打印、电弧丝材3D打印、俄罗斯铝业联合Sauer开发的新型铝金属3D打印等。

2存在的问题

介绍的上述技术,都是材料的熔化凝结过程。因此在此过程中,微观结构上材料熔化会发生流淌,势必会对加工精度造成影响,而且材料内部的金相组织是否符合要求,都是金属增材制造技术所面临的问题。另外,打印物体表面也无法达到传统加工粗糙度的要求。目前存在的主要问题包括如下。(1)加工物件力学性能不足。3D打印机是将分子等细小颗粒直接形成产品,没有经过热处理,所以很难保证其强度、硬度和韧性等性能。(2)打印尺寸的限制。现已知金属3D打印机的打印范围,很难满足在建筑等大型工业生产中的应用。(3)加工材料的限制。世界上有成千上万种的材料,但可用于3D打印的材料很少。目前以色列object公司可以3D打印的材料最多,包括14种材料和107种混合材料,而且部分还不能用于工业生产。(4)严重缺乏专业人才。目前缺乏增材制造专门人才的培养机制与体制,因此市场上增材制造技术的专门人才严重缺乏,而同时熟悉模具加工等技术的复合型应用人才就更加有限。

3结语

目前,金属增材制造技术作为世界上先进的制造技术之一,各国都在加大研发力度,均想拔得头筹或分到第一杯羹。我国应该继续加大投入力度,不论该技术是作为新的技术革命,还是传统技术的补充,都应大力支持,攻克难关。在未来应从以下几方面推进。(1)增材制造技术与传统的制造技术相融合。现阶段金属增材制造技术发展迅速,但在与传统技术的结合上仍有所脱节,没能实现与传统工业的良好衔接。(2)高性价比产品的生产。目前的金属增材制造产品,在一定程度上还没有达到预期的产品质量,而且成本较高,生产的产品不能真正得到实际应用。(3)打印产品的尺寸大小问题。增材制造技术成熟之后,生产的产品大小应该不受尺寸的限制,才能实现自由化定制。因此,若能达到上述要求,未来的金属增材制造技术必定能起到促进社会发展的积极作用。

作者:程俊廷,常天瑞单位:黑龙江科技大学机械工程学院

锻压装备与制造技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次