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增材制造的发展趋势


time:2018/8/28 hits:45

大型整体钛合金关键结构件成形制造技术被国内外公认为是对飞机工业装备研制与生产具有重要影响的核心关键制造技术之一。西北工大凝固技术国家重点实验室已经建立了系列激光熔覆成形与修复装备,可满足大型机械装备的大型零件及难拆卸零件的原位修复和再制造。应用该技术实现了C919 飞机大型钛合金零件激光立体成形制造。民用飞机越来越多地采用了大型整体金属结构,飞机零件主要是整体毛坯件和整体薄壁结构件,传统成形方法非常困难。商飞决定采用先进的激光立体成形技术来解决C919飞机大型复杂薄壁钛合金结构件的制造。西北工大采用激光成形技术制造了最大尺寸达2.83m的机翼缘条零件,最大变形量<1mm,实现了大型钛合金复杂薄壁结构件的精密成形技术,相比现有技术可大大加快制造效率和精度,显著降低生产成本。  

北航在金属直接制造方面开展了长期的研究工作,突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术,解决了大型整体金属构件激光成形过程零件变形与开裂“瓶颈难题”和内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术,飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件,已研制生产出了我国飞机装备中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金及超高强度钢等高性能关键整体构件,并在大型客机C919等多型重点型号飞机研制生产中得到应用。  

西安交大以研究光固化快速成型(SL)技术为主,于1997年研制并销售了国内第一台光固化快速成型机;并分别于2000年、2007年成立了教育部快速成形制造工程研究中心和快速制造国家工程研究中心,建立了一套支撑产品快速开发的快速制造系统,研制、生产和销售多种型号的激光快速成型设备、快速模具设备及三维反求设备,产品远销印度、俄罗斯、肯尼亚等国,成为具有国际竞争力的快速成型设备制造单位。  

西安交大在新技术研发方面主要开展了LED紫外快速成型机技术、陶瓷零件光固化制造技术,铸型制造技术、生物组织制造技术、金属熔覆制造技术和复合材料制造技术的研究。在陶瓷零件制造的研究中,研制了一种基于硅溶胶的水基陶瓷浆料光固化快速成型工艺,实现了光子晶体、一体化铸型等复杂陶瓷零件的快速制造。  

西安交大与中国空气动力研究与发展中心及成都飞机设计研究所合作开展了风洞模型制造技术的研究,围绕测压模型、测力模型、颤振模型和气弹模型等方面进行了研究工作。设计了树脂—金属复合模型的结构方案,采用有限元方法计算校核树脂—金属复合模型的强度、刚度以及固有频率。通过低速风洞试验,研究了复合模型的气动特性,并与金属模型试验数据相对比。强度校核试验显示,模型的整体性能良好,满足低速风洞的试验要求,研制的复合模型在低速风洞试验下具有良好的前景。  

复合材料构件是航空制造技术未来的发展方向,西安交大研究了大型复合材料构件低能电子束原位固化纤维铺放制造设备与技术,将低能电子束固化技术与纤维自动铺放技术相结合,研究开发了一种无需热压罐的大型复合材料构件高效率绿色制造方法,可使制造过程能耗降低70%,节省原材料15%,并提高了复合材料成型制造过程的可控性、可重复性,为我国复合材料构件绿色制造提供了新的自动化制造方法与工艺。  

AM已成为先进制造技术的一个重要的发展方向,其发展趋势有三:

(1)复杂零件的精密铸造技术应用;

(2)金属零件直接制造方向发展,制造大尺寸航空零部件;

(3)向组织与结构一体化制造发展。未来需要解决的关键技术包括精度控制技术、大尺寸构件高效制造技术、复合材料零件制造技术。AM技术的发展将有力地提高航空制造的创新能力,支撑我国由制造大国向制造强国发展。 我国在电子、电气增材制造技术上取得了重要进展。称为立体电路技术(SEA,SLS+LDS)。电子电器领域增材技术是建立了现有增材技术之上的一种绿色环保型电路成型技术,有别于传统二维平面型印制线路板。传统的印制电路板是电子产业的粮食,一般采用传统的不环保的减法制造工艺,即金属导电线路是蚀刻铜箔后形成的,新一代增材制造技术采用加法工艺:用激光先在产品表面镭射后,再在药水中浸泡沉积上去。这类技术与激光分层制造的增材制造相结合的一种途径是:在SLS(激光选择性烧结)粉体中加入特殊组份,先3D打印(增材制造成型)再用微航3D立体电路激光机沿表面镭射电路图案,再化学镀成金属线路。 “立体电路制造工艺”涉及的SLS+LDS技术是我国本土企业发明的制造工艺。是增材制造在电子、电器产品领域分支应用技术。也涉及到激光材料、激光机、后处理化学药水等核心要素。目前立体电路技术已经成为高端智能手机天线主要制造技术,产业界已经崛起了立体电路产业板块。

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