金属增材制造监测与控制技术研究进展

金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势,有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术,但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展,论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性,并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。     

金属增材制造变形与残余应力的研究现状

金属增材制造中的变形及残余应力对于成形过程及零件性能均会产生一定的影响,两者影响因素众多,在增材制造过程中的演化尚未明确揭示。本文综述了国内外关于金属增材制造变形和残余应力的研究现状,提出"约束力"新概念,为金属增材制造变形和残余应力机理的深入研究提供了新的方法。     

固相搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

搅拌摩擦沉积增材（Additivefrictionstirdeposition,AFSD）是一种先进的固相增材制造（Additive manufacturing, AM）技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比,它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势,在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状,沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后,对AFSD技术进行了展望,指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。     

增材制造铝镁合金AlSi10Mg的疲劳性能研究

本文主要研究了增材制造铝镁合金AlSi10Mg的疲劳性能。根据铝镁合金AlSi10Mg的金相图,建立了单胞模型。该单胞模型反应了增材制造铝镁合金AlSi10Mg的细观缺陷,包括孔洞缺陷和表面缺陷。通过损伤力学-有限元方法,分析计算单胞模型的损伤演化,来预估增材制造铝镁合金AlSi10Mg的疲劳寿命。其中,通过增材制造AlSi10Mg的标准疲劳试验数据,确定损伤演化方程中的材料参数。在本文中,通过预估不同孔隙率的增材制造AlSi10Mg的疲劳寿命,分析了孔隙率对增材制造AlSi10Mg疲劳性能的影响。     

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下，通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化，减少结构质量的技术，已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次，从设计原理、组成方式和优化方法角度，介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后，从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后，讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。     

多组分多层级3D打印材料研究进展（英文）

多组分多层级3D打印材料（McMl3DPMs）是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能（例如高强度和高韧性）。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。     

电弧熔丝增材制造复合填充路径规划算法

合理的路径规划可以提高电弧熔丝增材制造成形零件的表面质量和强度。针对电弧熔丝增材制造的特点,将多种增材制造路径规划算法相结合,提出了一种复合路径规划算法,实现了单空洞截面的填充,并进一步讨论了其他类型截面的路径规划方法。在填充截面过程中,内外表面采用轮廓偏置路径填充,保证了零件的表面质量;零件内部采用改进的扫描线算法进行填充,减少了空行程,提高了成形效率。实验验证了本文算法填充复杂截面轮廓的可行性。     

基于增材制造的30CrMnSiA高速风洞试验模型设计及流固耦合分析研究

增材制造技术可针对任意复杂形状的零件进行加工，制造周期和成本较低，具有传统机械切削加工所不具备的独特优势，在风洞试验模型制造中具有广泛的应用前景。针对高速风洞模型加工中常用的30CrMnSiA材料，开展了金属粉末制备、检测及材料试件的制造研究，在此基础上，利用测试件数据作为材料性能输入参数，结合增材制造工艺，设计了机翼为中空结构的AgardB模型，利用Ansys有限元分析软件，进行了该模型流固耦合仿真分析，并开展了优化设计，结果表明，中空机翼的模型结构能够满足高速风洞试验要求。     

塑性区对增材制造316L多轴缺口疲劳影响研究

采用疲劳试验和有限元分析相结合的方法,研究了选区激光熔化增材制造316L不锈钢缺口件在多轴载荷下缺口根部塑性区及其对缺口件疲劳寿命的影响.对增材制造316L不锈钢缺口件进行了单轴、比例和90°非比例路径下的疲劳试验,研究了缺口几何尺寸、载荷水平和载荷路径等对缺口根部塑性区的影响,在此基础上提出了缺口根部塑性区的表征方法...     

基于本体的制造能力P-P-R建模及其映射

在网络化制造环境下.为了盟主企业更好管理复杂零件、工艺、设备资源信息,实现制造任务和制造资源合理匹配,提出了制造任务和制造资源的匹配框架.首先,建立了基于本体的复杂零件加工特征、加工工艺、设备资源P-P-R模型,在此基础上构建P-P-R映射关系;然后,通过可拓理论实现随时添加新的零件特征和零件的工艺特征来完成制造任务-资源的匹配.最后,开发了协同制造资源配置原型系统.通过实例表明,该方法能克服Web制造资源描述差异,实现异构平台的数据统一,对提高企业间的协同效率具有显著效果.     

极大代数在柔性制造系统建模中的不适用性

正确地认识和描述一个问题,是解决问题的前提条件。一个良好的柔性制造系统(FMS)模型可以反映其结构特性和预测其动态运行状况,为分析评价FMS的技术经济效益提供必要的信息,并为FMS的规划设计和运行决策提供依据。极大代数理论是目前常用的FMS建模方法之一,通过对极大代数理论和相应的FMS模型的分析,作者认为基于极大代数理论的FMS模型与实际系统相距甚远,无法反映FMS的柔性和FMS的动态运行过程。因此,极大代数理论不适合FMS的建模分析。     

扩散制造组织中的耦合模型及其应用(英文)

针对复杂武器装备网络化制造的特点,提出了一种耦合度模型。该模型可以定量地描述扩散企业中各个制造单元间的关联程度,从而确定适当的控制策略。同时研究了网络化制造组织的升耦和降耦策略,并从中提出了扩散制造任务关联矩阵的概念,用于分析和计算子任务和网络化制造资源的耦合度。基于以上分析,给出了基于耦合度分析的网络化制造资源优化配置方法。最后,开发了一个用于分析网络化制造组织耦合度的软件,并通过实例研制了该方法的有效性。     

面向敏捷制造的产品可制造性评价

首先分析了敏捷制造模式对产品可制造性评价的要求，指出评价结果必须反馈给制造伙伴选择系统。提出了面前敏捷制造的产品可制造性评价系统的一个实现框架，讨论了其中的零件信息描述、知识表达、制造伙伴选择和制造资源建模等若干问题。之后着重讨论了材料与毛坯选择、零件结构工艺性、制造资源匹配和标准化检验等评价内容和评价方法。最后给出了简例。     

面向用户的现代集成制造模式的研究

在计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）深化应用的阶段，制造模式的变革显得更为重要。文中针对中国的ＣＩＭＳ工程推广的实际，提出了面向用户的现代集成制造模式，并对基一框架及相关技术作了初步的探讨与研究。面向用户的现代集成制造模式是以信息集成为基础，以Ｉｎｔｅｒｎｅｔ为支撑，双用户参与产品的设计，制造和维护为特征，以满足用户的个性化需要、提高用户满意度为目标的一种制造模式。面向用户的思想主要体现面向用户的设     

敏捷制造:内涵与关键

首先分析了敏捷制造的产生背景及其内涵,之后重点评述了企业敏捷性及其度量体系,企业敏捷性组织再造、动态联盟、敏捷制造概念中的工艺过程设计理论等关键技术及其研究状况,并提出了敏捷制造工艺设计理论与应用系统须包括的内容和达到的目标。     

国外智能制造标准化发展对中国航天的启示

国际标准化组织以及德国、美国等工业强国的智能制造标准化工作已取得大量成果和经验，其标准体系、标准制定重点领域、标准化工作模式等方面的实践为中国航天的智能制造标准化工作提供了有益参考经验。我国航天行业应大力开展航天智能制造标准体系建设，积极转化适用的国外智能制造标准，探索智能制造标准验证模式，以数字化标准作为智能制造标准的突破口，开发标准数字化应用平台及工具。     

基于多agent合作博弈的制造系统调度

针对有多个加工和装备设备的柔性制造系统,提出了一种调度方法.首先根据产品装配结构对问题进行分解,得到多个易于调度的简单问题,形成对应的agent.然后应用合作博弈理论,根据各agent重要性和装配约束获得agent的排序.以此顺序在机器上按照规则进行生产安排,故能够得到满足产品加工约束的近似最优调度结果.最后通过实验对算法进行了验证.     

香港制造业的质量使命及方向探讨(英文)

讨论了香港制造业对质量的最新看法，并且探讨了他们对改善质量的途径及技巧。通过问卷调查，结果显示现在一般对质量的定义乃重于满足顾客要求，改善运作制程及加强内部员工在提高质量方面的参与性。结果显示个人工作经验及制造行业的不同对质量的看法亦有一定影响。在控制运作制程方面，调查发现，统计制程管制（ＳＰＣ）及品管圈（ＱＣＣ）是常用的两种技巧；而全面优质管理（ＴＱＭ）及ＩＳＯ质量系统通常被用于大型电子公司。相反，零缺点（Ｚｅｒｏｄｅｆｅｃｔ）的概念就不常用。同时，标准借鉴（Ｂｅｎｃｈｍａｒｋｉｎｇ）渐渐成为被广泛采用的方法。