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1、3D打印 与 广义增材制造3D Printing 与信息技术CAD/CAM技术相结合，在真 空室内或惰性气体保护的环境中，向加热区填送金属丝材 或铺送金属粉料，材料逐层熔化、凝固堆积，构成了无模 具的快速成形或称“金属直接成形增材制造技术”电子束 Electron Beam 81) 3D打印/增材制造的渊源1.2 增材制造创新发展9电子束送丝 装置熔积路 径方向基板沉积 金属熔池电子束熔丝逐层堆积成形增材制造技术在真空环境中，电子束熔化金属丝材，层层堆积，直接制造出 近净成形的零件或毛坯1) 3D打印/增材制造的渊源1.2 增材制造创新发展10激光铺粉选区逐层熔敷增材制造在惰性气体舱室中，激光
2、按特定路径扫 描铺粉器预先铺放的一层金属粉末（层 厚20 100 m ），金属熔化并与前 一层形成冶金结合，如此层层堆积，形 成所需实体。在惰性气体氛围中，激光熔化 同步送进的粉末，进入熔池并 逐层堆积。11激光喷粉直接成形TC17钛合金叶片激光直接喷粉逐层熔敷增材制造1) 3D打印/增材制造的渊源1.2 增材制造创新发展1) 3D打印/增材制造的渊源1.2 增材制造创新发展12CAD数字化建模 精加工后钛合金结构件1000mm300mm200mmCAPP 数字化分层处理电子束热源逐层熔敷 堆积CNC过程控制智能化制造 闭环控形、控性基于网络的设计/ 制造/服务一体化1) 3D打印/增材制造的
3、渊源1.2 增材制造创新发展无需模具 Free Forming 降低成本,缩短周期柔性制造 Flexible Mfg. 快速反应,敏捷制造优化性能 Optimize Performances 内部致密,力性良好近净成形 Near Net Shape 节省材料,减少切削加工131) 3D打印/增材制造的渊源1.3 广义增材制造14引入“广义增材制造”的概念，扩大了可 用的热源范围，更是拓展了成形制造模式RPMRPMRMMRMMRBMRBMPVDCVD电化学沉积成形堆焊成形热喷涂成形冷喷涂成形喷焊成形混合制造喷射成形块体组焊快速原形制造快速模具制造快速生物模型制造金属零件直接制造快速制造以激光、电
4、子束等为热源与CAD/CAM结合分层成形的狭义增材制造DMMDMM金属零件 直接制造广义增材制造 技术群激光束电子束非金属零件 直接制造生物结构 直接制造熔化沉积气相沉积液相沉积受控组装其他光源其他 动力形式熔融固化光固化电化学机械能 焊接热源航空领域多采用 金属增材制造技术块体组焊1) 3D打印/增材制造的渊源报 告 提 纲 Contents 3D打印与广义增材制造 3D Printing 三个月完成国内网上 设计竞标； 分布式、订制式、社 会化增材制造。 三年目标： 每周制造 2 台 “基于网络的设计/制 造/服务一体化模式” 的典型实例 3.1 国外发展与产业动态 国外采用线性摩擦焊（L
5、FW）的增材制造实例 -替代整锻或铸造，无需模具，节材、省时283)国内外现状与产业发展线性摩擦焊 3.1 国外发展与产业动态用线性摩擦焊置换整个叶片将严重损毁的叶片从根部切除， 按预先设定的线性摩擦焊流程， 把新叶片（带装卡工艺凸台）精 确定位后进行线性摩擦焊置换。用熔化焊接法局部修复叶片受损前缘在图上，从左向右（或由上而下）所显示的 6个叶片分别为：1）叶片前缘受损，2）切 除前缘，3）焊接补片，4）铣削加工，5） 局部热处理，6）最终光整。MTU公司用焊接增材制造方法修复航空发动机钛合金整体叶轮 2013.6巴黎航展293)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态起步不晚且已取得
6、较大进展，形成了较好的基础，但在基础研究、产 业化发展、工程应用方面相比国外有很大差距。尚未形成完整的科研和产业链：材料-工艺-装备-应用。很多增材制造技术和装备国内虽都已研制成功，但智能化程度低于国 外先进水平,增材制造装备的核心元器件还主要依靠进口。材料的基础研究、材料的制备工艺以及产业化方面与国外相比存在相 当大的差距,超细粉材仍依赖进口。为此，必须尽快通过制订战略规划，实施重大工程，在国家层面推动 交叉创新、协同创新，大力推进多方面、多领域应用，尽快縮小差距， 迎头赶上，取得战略主动。3)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术313)国内外现状与产业发展北京航空航天大学
7、与中航工业集团成立 中航天地激光公司(中航重机控股子公司) 采用激光喷粉成形技术研发的飞机钛合金大 型整体机身承力框关键构件。 3.2 国内发展与产业动态-技术323)国内外现状与产业发展西北工业大学激光熔敷成形及修复技术基 础研究扎实；近年来又引进国外先进设备， 开发了小型结构激光选区熔化成形技术；为 C919飞机研制了翼身根肋等结构(长5m) 33基于电子束焊接热源的 增材制造电子束熔丝逐层堆积成 形增材制造技术电子束选区粉材逐层熔 敷成形增材制造技术电子束物理气相沉积成 形基于激光焊接热源的 增材制造激光直接喷粉逐层熔 敷增材制造激光送丝逐层熔敷增 材制造激光铺粉选区逐层熔 敷增材制造基
8、于块体组焊的固相 增材制造线性摩擦焊块体组焊固相 增材制造搅拌摩擦焊块体组焊固相 增材制造以及增材制造技术在航空修理中的应用航空制造所(625所) 依托 “高能束流加工技术” 重点实验室和 “航空焊接/连接技术”航空科技重点实验室, 20多年来研究开发的 AM 技术集群3)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术平尾撑杆左右件 前起交点接头左右件唇口下接头左右件唇口上接头左右件343)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术-航空制造所(625所)鹘鹰“鹘鹰”飞机和 歼-20 、舰载机 广泛使用了3D打 印技术制造钛合 金、钢材等主承 力结构，包括整 个前起落架电子
9、束熔丝沉积成形钛合金m电子束熔丝沉积成形技术，为大飞机研制了大量结构件 。73)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术-航空制造所(625所)2100mm450mm300mm，162kgY-20 电子束选区粉材逐层熔敷成形增材制造技术在真空环境中，电子束按特定路径扫描熔化预先铺放的一层金属粉末，层层堆积，形成实体。表面状态Ti6Al4V粉末空间点阵桁架结构 363)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术-航空制造所(625所)电子束物理气相沉积增材制造高效冷却涡轮叶片试验件373)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术在真空中利用大束斑高能电子束
10、（一般为2040kW）对所沉积材料进行轰击并使之熔化、沸腾进而蒸发，在基体或零件表面重新凝结、沉积形成新的功能材料（涂层）或构件。-航空制造所(625所)为某飞机机项目研制出不同规格的格栅38格栅3)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术 激光铺粉选区逐层熔敷增材制造-航空制造所(625所)修复： TC11钛合 金整体叶 轮损伤修 复393)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术激光喷粉熔敷成形-航空制造所(625所)增材制造用 于航空修复线性摩擦焊块体组焊的固相增材制造技术整体焊接叶盘固相连接40榫头连接整体焊接叶盘高性能航空发动机提高推重比减重3)国内外现状
11、与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术线性摩擦焊-航空制造所(625所)413)国内外现状与产业发展线性摩擦焊块体组焊的固相增材制造技术3.2 国内发展与产业动态-技术-航空制造所(625所)42铝合金搅拌摩擦焊技术3)国内外现状与产业发展-航空制造所(625所)搅拌摩擦焊接 块体组焊固相增材制造 节材大幅提升材料利用率，绿色制造； 节时-大幅减少铣切量和制造周期。挤压型材蒙皮薄板挤压型材 + 薄板蒙皮搅拌摩擦焊433)国内外现状与产业发展 3.2 国内发展与产业动态-技术预拉伸厚铝板铣切减材加工材料去除率达90%以上搅拌摩擦焊-航空制造所(625所)报 告 提 纲 Contents 3
12、D打印与广义增材制造 3D Printing （2）高品质电子束源； （2）精密多轴送丝装置及控制系统； （3）系统集成技术； （4）综合控制系统。464)技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 技术体系-新型装备激光多功能沉积成形装备 具备送丝、送粉、温控、除氧、除 尘等功能(惰气体舱3m3m2.5m）激光同轴送粉熔敷设备 突破的关键技术： （1）路径规划数据处理软件； （2）惰性气体气氛控制技术； （3）系统集成技术； （4）高效激光熔敷加工头； （4）综合控制系统。474)技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 技术体系-新型装备激光选区熔化设备突破的关键技术：（1）
13、激光高速扫描控制技术；（2）系统集成技术；（3）气氛净化处理技术；（4）数据处理软件（5）精密铺粉装置金属激光选区成形设备，工作范 350mm350m500m484)技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 技术体系-新型材料 金属球型粉材 激光选区熔敷时的粉材品质与熔池形状的 差异影响成形质量Cross sectionCross section粉材品质成形质量表面状态494)技术体系与发展前景4.2 技术体系-新型材料制备504)技术体系与发展前景JW-150G型制粉 炉(航材院)冷壁坩埚制粉炉(航材院)电子束熔丝成形TC4的材料制造技术体系 钛合金TC4系列丝材：TC4-EM、TC
14、4-EH； 钛合金TC18系列丝材：TC18、TC18EH 正在研究： 高温钛合金丝材：TC11、TC17 中强钛合金丝材：TA15、TA15EH 损伤容限钛合金丝材：TC4ELI、TC21 高温合金GH4169G、超高强度钢A100丝材 未来发展 钛合金系列：中强、高强、高温、损伤容限 高温合金系列 钢系列：超高强钢AF1410、A100，不锈钢 铝合金系列：2000系列航空铝合金研究开发增材制造材料体系：丝材成分的设计、选配，使之在熔敷成形及后处 理过程中组织结构与力学性能可优化、可调控。(真空条件下熔池中元素的烧损与蒸发)514)技术体系与发展前景4.2 技术体系-新型丝材-航空制造所(
15、625所)后处理成形工艺成分构件性能 可设计、可调控1、普通合金 TC4 2、优化普通合金TC4-EM 3、特殊合金化合金TC4-EH 4、细晶型合金TC4-EF 1、低速单向 2、高速往复 层间同向 3、双丝往复层间交叉 4、路径跳跃 控制残余 应力和凝固 组织1、固溶+空冷+时 效 2、固溶+风冷+时 效 3、固溶+油冷+时 效 4、均一化+固溶+ 油 冷+时效 优化组织和性能电子束熔丝增材制造TC4钛合金的材料-工艺技术体系524)技术体系与发展前景4.2 技术体系-新型材料综合性能与锻件相当-航空制造所(625所)关于加快我国 增材制造(3D打印)技术与产业 发展的建议 (2013年9
16、月16日) 在十三五启动战略规划 未来十年我国实施“重点突破、面上推广、 专项带动、协同创新”的战略方针，采取国 家主导、市场推动的方式，加快创新驱动发 展增材制造技术与产业，促进产业转型升级 ，提升综合国力和国际市场竞争力,增强国防 实力 534)技术体系与发展前景4.3 国家战略发展2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理 李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与 3D打印等问题。迎接第三次工业革命中制造产业的转型升级英国经济学人杂志认为：增材制造将“与其他数字 化生产模式一起推动实现第三次工业革命”544)技术体系与发展前景 4.4 发展前景以大力发展増材制造为契机, 实施“基于网络的设计/制造/服务一体化工程” 促进航空制造创新驱动发展与产业转型升级, 这对于型号不断更新的航空工业，意义尤为重大， 提升综合国力和国际市场竞争力,增强国防实力 !报 告 提 纲 Contents
