发展高能束流增材制造技术 促进航空制造业跨越式发展

当前,以高能束流(激光束、电子束、等离子或离子束)为热源而开展的金属、非金属或金属基复合材料的高能束流增材制造不仅能够大大减少制造工序、缩短生产周期,节省材料、降低成本等,而且成为航空航天、医疗卫生等行业快速验证优化设计、快速响应制造的强有力技术手段。北京航空制造工程研究所是国内最早开展增材制造技术研究的单位之一,具有较完整的高能束流增材制造专业体系。近日,本刊记者就一些热点问题采访了北京航空制造工程研究所高能束流特种加工及快速制造学术带头人巩水利研究员。     

增材制造技术国内外研究现状与展望

以航空航天结构制造领域为背景,介绍了目前较为成熟并具有一定范围应用的增材制造技术,包括激光增材制造、电子束增材制造和丝材电弧增材制造等,阐述和对比了该技术的研究现状和技术特点。研究表明与传统加工生产方式相比较,增材制造技术生产方式具有明显的经济性。     

增材制造技术

正在航空航天增材制造领域,金属、非金属和金属基复合材料的高能束流快速制造是发展最快的研究方向。如电子束熔丝沉积快速制造飞机、航空发动机大型构件;电子束选区熔化快速制造航空发动机Ti Al合金叶片、整体叶盘等;激光选区熔化制造     

增材制造技术

正~~     

电子束熔丝增材制造过程在线监测技术研究现状

综述了电子束熔丝增材制造过程在线监控的研究现状,集中讨论成形过程熔池形貌监测、成形过程温度场监测、流动场监测,着重介绍了对熔池形貌的在线监测,并展望了电子束熔丝增材制造过程在线监测未来可能的发展方向:(1)制造过程中电子、离子等信号的在线监测;(2)引入新的信号进行在线监测;(3)对每一层堆积体的质量和层高进行实时跟踪;(4)多信号协同在线监测。     

面向增材制造的拓扑优化技术发展现状与未来

增材制造技术通过材料逐层打印制备结构,为复杂构件制造提供了新的成形方式。拓扑优化因不依赖于初始构型的选择,可设计出传统理念难以获得的创新构型,已成为航空航天和高端装备领域高性能、轻量化结构设计的重要手段。拓扑优化与增材制造有机融合,充分发挥各自优势和潜力,在现代制造业中展现出广阔应用前景。回顾了近年来关于增材制造与拓扑优化技术融合研究的主要内容和应用成果,包括以材料结构一体化为核心的多尺度/多层级结构优化设计、以设计制造一体化为核心的考虑增材制造工艺约束的优化方法等。同时,也分析了未来研究工作中存在的问题与挑战,如点阵结构性能表征及其尺度关联效应、增材制造材料成形各向异性、功能梯度材料与结构、增材制造材料与结构疲劳特性等对设计方法和成形工艺带来的挑战,为未来相关研究工作和航空航天应用提供参考。     

铝合金增材制造的发展现状与展望北大核心CSCD

铝合金增材制造凭借着材料自身的轻量化优势以及增材制造工艺在材料利用率和复杂结构制造方面的特点,在航天领域结构件的制造方面受到了广泛关注。本文针对铝合金增材制造在航天领域的应用,通过电弧熔丝、激光选区熔化以及激光送粉三个代表性工艺分析铝合金增材制造技术的研究现状及现存问题,并简要阐述了目前铝合金增材制造技术在航天领域的应用现状和未来的发展方向。     

金属超声波增材制造技术的发展

近年国外发展起一套新的超声波增材制造技术,它采用大功率超声能量,以金属箔材作为原材料,利用金属层与层之间振动摩擦产生的热量,促进界面间金属原子相互扩散并形成界面固态物理冶金结合,从而实现金属带材逐层叠加的增材制造成形,同时将固结增材过程与数控铣削等减材工艺相结合,实现了超声波成形与制造一体化的超声波增材制造技术.与高能束金属快速成形技术相比,超声波增材制造技术具有温度低、无变形、速度快、绿色环保等优点,适合复杂叠层零部件成形、加工一体化智能制造,在航空航天、武器装备、能源、交通等尖端领域有着重要的应用前景.本文介绍了超声波增材制造技术的原理及发展,以及该技术在叠层复合材料的制备和零部件制造等方面的应用,同时介绍了国内超声波增材制造技术的研究进展.     

美德增材制造共性技术创新发展及启示

本文系统总结了英美两个代表性研究机构在资源投入、管理运作、协同创新等方面的实践经验,指出了我国制造业创新中心建设应强化政府引导,加强协同创新,完善产业支撑体系。     

金属材料增材制造技术在直升机中的应用发展研究

本文分析了金属材料增材制造技术的发展现状,包括金属材料增材制造工艺的分类及特点、原材料、主要设备供应商和研发方向、增材制造工件所需的主要后处理方法;回顾了增材制造技术在直升机中的应用现状,提出增材制造技术尚未用于制造直升机机体承力部件的主要原因（存在疲劳强度较低、成形精度较差、成本较高等问题）;展望金属增材制造在直升机结构拓扑优化设计、结构整体化设计、结构功能一体化设计及维护保障中的应用前景;提出增材制造技术在直升机应用的三个阶段。     

国外增材制造技术标准分析

简要介绍了国外增材制造标准的发展现状。对比分析了国外已颁布的增材制造技术产品标准的适用范围,工艺特点,产品的组织、性能和内部质量要求,质量控制流程及要求等。提出了发展我国增材制造技术标准的建议。     

增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

航空发动机叶片用陶瓷型芯的光固化增材制造研究现状

随着对高推重比和高效率航空发动机日益增长的需求,发动机叶片正朝着复杂空心结构的方向发展,而这对高性能复杂结构的陶瓷型芯提出了更高的要求.与此同时,基于光固化原理的增材制造技术可以实现无模具条件下的高精度、快速以及综合性能优异的陶瓷型芯制备.然而,目前基于光固化增材制造的陶瓷型芯制备工艺依旧面临控制尺寸精度、优化脱脂烧结...     

超材料结构增材制造技术及其应用研究进展

超材料结构因具有精确操控电磁波/声波的相位、传播模式等特性而在军事隐形及伪装、通讯、国防安全及医学成像等方面有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景,它的研究是近年国际学术界和工程界研究的热点之一。总体来说,国内外超材料结构的研究极大地促使超材料结构器件向轻薄化、宽频带及高性能的实用化方向发展,但制造技术与电磁、声学、物理、材料等学科的交叉亟待加强,需要加速探索超材料结构研究向大规模制造跨越的实现途径,推动其快速向应用化方向发展。本文梳理了增材制造工艺在超材料结构制造中的应用现状,讨论了超材料结构功能器件方面的研究进展,并对今后超材料结构研究的发展趋势进行了探讨和展望。     

航空装备激光增材制造技术发展及路线图

激光增材制造支持结构设计创新、快速研制和验证,是当前航空装备领域最具代表性的增材制造方法,其中激光选区熔化主要应用于复杂精密功能结构的精确近净成形制造,激光直接沉积主要用于大尺寸复杂承载结构的制造。为支撑航空领域增材制造技术发展的战略布局,本文对激光增材制造现状和发展趋势进行梳理,指出增材制造发展重点必然会转向产品的冶金质量、力学性能及其稳定性控制方面,增材制造设备的在线监测、参数自整定控制等智能化功能的研究开发正成为设备的研发热点,基于损伤失效分析、寿命预测研究的增材制件力学行为研究以及基于元件、特征结构的性能考核验证技术,开始引起工程应用部门的关注。在对技术发展趋势分析的基础上,提出2035年航空领域激光增材制造技术发展目标和相应的政策和环境支撑、保障需求,并给出2035年技术发展路线图建议。     

浅议精密惯性产品制造中的增材制造

惯性技术已经成为国防及国民经济建设各行业中运动信息感知测量的核心技术.但是制造环节却成为制约其精度提高、性能改善、效率提高、成本降低的“黑障”,困扰着惯性技术再进步的步伐.刚刚兴起却迅猛发展的三维数字化增材制造(3D打印)技术彻底颠覆了传统制造,从装备到工艺、从材料到设计的理念,对制造业形成了革命性的冲击.以惯性技术产品三维数字化增材制造为目标,详细叙述了三维数字化增材制造的概念,国内外发展现状和其在精密惯性技术产品制造中的可能性、可行性和推动惯性技术产品制造变革的价值;并根据近几年对三维数字化增材制造的一些学习认知、实践感悟,提出了一些三维数字化增材制造在精密惯性技术产品制造中应用的粗浅看法和思路,以求共进.     

航空装备电子束增材制造技术发展及路线图

增材制造技术在航空装备领域具有广泛的发展前景。作为重要的金属增材制造工艺方法,电子束增材制造正处于快速发展阶段。电子束熔丝增材制造技术可满足航空大尺寸结构件的快速低成本制造,并可用于高价值零件的修复。电子束选区熔化增材制造技术在复杂结构以及难熔合金制件的制造方面具有显著优势。本文在对国内外电子束增材制造技术现状和发展趋势分析的基础上,从发展需求、目标、共性关键技术、应用、战略支撑与保障5个方面综合分析,绘制了面向2035年的航空装备电子束增材制造技术路线图,以期为航空装备电子束增材制造技术发展提供参考。