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。     

液体火箭发动机增材制造技术研究进展

针对增材制造技术在国内外液体火箭发动机领域的应用成果和研究现状,分别综述了增材制造在发动机的制造技术和流程、制造工艺标准以及在发动机推力室、涡轮泵、阀门、总装及其他组件和整机中的应用研究,并展望了增材制造技术在液体发动机中的发展方向,指出在液体发动机领域,增材制造应该在应用广度和深度、结合增材制造特点的发动机结构设计方...     

增材制造技术的适航审查方法探究

在梳理增材制造技术的研究进展、适航规章及程序对民用航空产品制造工艺要求的基础上,结合增材制造技术的材料、工艺、设备、产品等方面特点,研究了增材制造技术在民用航空产品上应用的适航审查方法。本文为增材制造技术在民用航空产品上的应用梳理了审查重点关注事项,也为民用航空产品型号合格审查阶段的增材制造技术的适航审查技术提供了一定的参考。     

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。     

民用飞机起落架激光/电子束增材制造技术应用研究

增材制造是先进制造技术的发展方向之一,民用飞机增材制造技术的应用取决于增材制造技术和适航验证技术的成熟度以及材料标准体系的完善度,对民用飞机起落架典型结构所用的A-100、TC18材料进行了激光/电子束增材制造技术应用研究,建立满足适航要求的材料与工艺认证、力学性能表征、内部质量控制与无损检测评价体系。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

脉冲微孔喷射技术及其在增材制造方面的应用

介绍了用于制造单分散球形微米级粒子的脉冲微孔喷射技术.根据微滴制备原理,可将其分为适用于低熔点材料的压片式喷射装置及适用于高熔点材料的传动杆式喷射装置,分别阐述了两种方式的脉冲微孔喷射技术的喷射原理、相关特点以及该技术的发展和研究现状.目前,采用脉冲微孔喷射技术已成功制备出金属、半导体及生体材料单分散微粒子,具有粒径均一、圆球度高等优势.通过与其他微米级粒子制备技术,如均匀液滴喷射法、气动式按需喷射法及雾化法相比较,在诸多方面显示出脉冲微孔喷射法的独特优点.与此同时,分别讨论了脉冲微孔喷射技术在增材制造方面的潜在应用,可直接使用微米级粒子作为增材制造用粉体以及液滴沉积成型.鉴于脉冲微孔喷射技术的独特性,可以预见随着研究的不断深入,脉冲微孔喷射技术将在增材制造方面具有更加广阔的发展空间和应用前景.     

航空典型金属材料增材制造组织、缺陷、表面、构型研究进展

增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术,具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点,是材料加工领域中最具应用前景的技术之一,金属增材制造技术已在航空领域得到广泛研究和应用,国内外学者在航空金属材料增材制造方面的研究不断深入。中国航发增材制造技术创新中心在金属增材制造结构四要素——组织、缺陷、表面、构型方面开展了大量研究并获得一些数据,发现了一些现象和规律,包括组织接续生长特征及其对力学性能的影响;典型材料增材制造常见缺陷（气孔、裂纹、未熔合）特征、形成原因及其对力学性能特别是疲劳性能的影响机制;零件表面粗糙度与成形角度的关系及对疲劳性能的影响;金属增材制造构型的影响因素。在此基础上,总结了金属增材制造发展中存在的问题,对下一步重点提出了建议,并对未来研究工作提出了展望。     

激光增材制造技术在涡轮叶片中的应用

基于激光增材制造技术可快速、精确地制造出任意复杂形状零件的特点,以带复杂冷却内腔结构的航空发动机涡轮叶片为研究对象,对激光增材制造技术在涡轮叶片制备过程中的工程应用特点和难点进行了研究,并提出相应解决措施。研究结果显示,激光增材制造技术在降低零件制造成本和减少零件交货周期方面具有显著优势,但在材料力学性能、表面粗糙度、位置及型面公差、气膜孔收缩率及机械加工定位点等方面依然存在挑战。     

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。     

不同热处理工艺下激光增材制造TC4钛合金组织与性能研究进展

由于激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)TC4钛合金加工成形过程的特殊性,导致该合金在力学性能上存在明显的各向异性,同时韧性、疲劳性能不能很好地满足使用要求。从材料组织与力学性能之间的关系出发,介绍了不同热处理工艺对激光增材制造TC4钛合金组织与力学性能的影响,指出了当前激光增材制造TC4钛合金热处理研究中存在的问题,并为后续激光增材制造TC4钛合金的热处理研究提供思路与方向。     

3D打印连续纤维增强复合材料研究现状综述

纤维增强复合材料因其优异的力学性能已被广泛应用于各工业领域,但由于传统制造工艺的限制,复合材料依然无法应用于一些具有复杂构型的结构。近年来,3D打印技术的快速发展有望实现复杂几何形状复合材料结构的有效制造,从而进一步拓展复合材料的应用范围。连续纤维增强复合材料3D打印技术的成熟应用对于中国高端装备的制造具有重要意义。从力学性能角度出发,对3D打印连续纤维增强复合材料的研究现状进行综述分析,重点分析了打印温度、打印层厚度、增强纤维类型、材料堆叠方式、纤维体积含量、打印扫描间距等工艺参数对复合材料力学性能的影响机制;讨论了3D打印复合材料在典型载荷下的力学性能及损伤演化规律,明确了影响/制约其力学性能的主要原因;介绍了3D打印复合材料的强度/刚度分析预测方法,并对研究发展趋势进行了总结和展望。     

Detail fatigue rating method based on bimodal Weibull distribution for DED Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V titanium alloy

Previous studies have shown that the fatigue life distribution of metal materials fabricated with Additive Manufacturing(AM) methods, such as Direct Energy Deposited(DED) Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V alloys, exhibits two peaks. To promote the application of AM in aerospace and other engineering fields, developing a fatigue strength evaluation method suitable for AM materials based on their unique fatigue behaviours and fatigue life distributions is necessary. In this paper, a novel Detail Fatigue Rating(...     

增减材复合制造内部缺陷的涡流检测

涡流检测（ECT）技术具有非接触、无需耦合剂、检测灵敏等特点，适用于加工环境较为特殊的增减材复合制造（ASHM）中。本文建立了无缺陷半无限大试样内部涡流分布的解析模型，开展了预制人工缺陷的钛合金增材试样检测实验，研究了ECT深度与激励频率、提离量之间的关系。理论分析与实验结果均表明，内部缺陷较深时，低激励频率条件下缺陷产生的电抗增量信号较大，不同提离量下的电抗增量信号相差不大，因此检测位置较深的内部缺陷时可采用较低的激励频率并适当提高提离量。在本文实验条件下，ECT最佳激励频率为90 kHz；提离量增加到0.97 mm时，有效检测深度略有减小。这一结论可为ECT技术与ASHM的集成提供理论依据。     

金属微滴水平喷射关键参数调控机制及试验

均匀金属微滴喷射3D打印技术是一种极具应用前景的空间金属增材制造技术,明晰其重力敏感度是实现该技术空间化应用的前提。在地基条件下,将熔滴喷射沉积方向翻转至水平状态是直观反映其打印过程重力效应的有效方法。针对熔滴水平稳定喷射调控的难题,建立了熔滴水平喷射流体力学模型及压电激振动力学模型,通过试验,探究了熔滴水平喷射不稳定形成机制,明晰了不同喷射行为下的激振特性,揭示了熔滴水平稳定喷射调控规律。结果表明：压电模块驱动信号（脉宽、幅值）对激振杆振动特性影响极为显著,激振杆行程随幅值或脉宽的增加呈现出先增加后减小的变化规律;通过改变激振杆振动特性可调控熔滴直径、初始喷射速度及喷射稳定性,熔滴直径随幅值增大而减小,但受脉宽影响不大,而喷射速度与幅值及脉宽均正相关。基于此,试验得到了尺寸均匀的金属熔滴,并水平沉积打印出与设计模型一致的结构特征。     

Investigation on surface integrity of electron beam melted Ti-6Al-4 V by precision grinding and electropolishing

Electron beam melting (EBM), as an excellent Additive Manufacturing (AM) technology, enables the printing of Ti-6Al-4 V alloy for a wide range of applications such as aerospace and biomechanical industries. It improves functionality and integrity of components and negates complexities in assembly processes. However, due to the poor surface and sub-surface integrity represented by the rough surface finish and low dimensional accuracy, achieving a favorable surface condition is quite challenging. Therefore, post processing becomes essential for these electron beam melted (EBM-ed) Ti-6Al-4 V alloys. Being the most common technique to improve such parts, milling of Ti-6Al-4 V alloy is very challenging and resulting tool wear issues, due to its unique material properties. Thus, this paper presents a comprehensive study on the surface integrity of EBM-ed Ti-6Al-4 V parts processed by precision grinding and electropolishing, aiming to qualitatively and quantitatively clarify the interrelation between process parameters and processed surface quality. The surface and subsurface characteristics such as profile accuracy, surface roughness, microstructure, defective layer and residual stress before and after post processing were compared and evaluated. The results show that by precision grinding, the profile accuracy was improved from over 300 µm PV to 7 µm PV, while surface roughness (R_a) was reduced from 30 µm to about 2 µm. The layer with partially melt particles was removed, but introduced a deformed subsurface layer with more residual stress. Then by applying electropolishing, the residual stress was released and the deformed layer was removed. In addition, R_a was further reduced to 0.65 µm. The research can serve as a reference for the integration of post machining processes with AM.     

Design and simulation of an innovative cylinder fabricated by selective laser melting

Additive Manufacturing (AM) processing has attracted wide attention due to its advantages, e.g., rapid prototyping and free design. In aeronautic and astronautic engineering, it is especially attractive to apply AM processing, especially Selective Laser Melting (SLM), into primary structures that always occupy most of the whole mass of aircraft or spacecraft. In this paper, an innovative lattice sandwich structure that is suitable to be manufactured with SLM is adopted to design the typical cylinder under axial compression. Firstly, the mechanical properties of pyramidal lattice are investigated, and the bearing capacity of the lattice sandwich cylinder is given analytically for each failure mode. Secondly, a composite cylinder is re-designed in the form of lattice sandwich structure, which sizes are ultimately obtained through optimization. Finally, finite element model of the innovative cylinder is established and several kinds of imperfection are introduced to simulate the defects caused by SLM. Numerical result shows that the lattice sandwich design can obviously enhance the bearing capacity of cylindrical shell even though the original one is designed with composite material. In other words, SLM has great potential in improving the primary structure of spacecraft in the future.     

桨叶实度及轴间距对摆线桨气动特性影响研究

悬停状态下,设计参数和摆线桨间距离对摆线桨的气动特性有较大影响。首先通过算例验证滑移网格计算方法应用于摆线桨悬停状态下气动力计算的准确性,然后研究摆线桨在不同半径、弦长和桨叶数时的气动参数特性,最后计算分析不同距离时,摆线桨间的气动干扰特性。结果表明:随着半径增大,桨叶气动力和单位面积上载荷均增大;弦长越大,气动力越大,桨叶单位面积上载荷反而越小;4叶片摆线桨产生的气动力比3叶片和6叶片大,而3叶片的桨叶载荷最大;合力偏转角分别随转速和实度的增大而减小;随着摆线桨间距离的增加,气动力损失系数和合力偏转角均减小。     

基于服务商的敏捷制造企业集成模式研究

将敏捷制造理论与现有的商业模式——中间服务商结合起来，提出了一种新的虚拟企业集成模式，该模式的研究对推动敏捷制造的发展具有积极的意义。     

三维五向编织复合材料导热性能的有限元分析

根据三维五向编织复合材料的细观结构模型,分别假设编织纱线和轴纱具有六边形和正方形横截面,建立了计算三维五向编织复合材料导热性能的有限元模型.采用有限元方法,设定合理的边界条件,计算了三维五向编织复合材料的横向和纵向热传导系数,并与三维四向编织复合材料的热传导系数进行了比较,分析了编织角和纤维体积含量对热传导系数的影响规律.此外,还确定了材料内部的温度、热梯度及热流量的分布,为材料热力耦合问题的分析奠定了基础.