3D打印技术与传统加工技术对比的优缺点

随着计算机技术的飞速发展，3D打印（增材制造/快速成形）技术基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件，在多个领域具有广泛的应用前景。3D打印技术与传统加工各有千秋，3D打印与数控加工、铸锻造及模具制造等传统加工手段相结合，正在成为新产品快速成形与制造的方法之一。在民机制造领域，3D打印生产的零件，尤其是金属成形件，需要进一步的后处理（如热处理）才能投入生产使用。对于特定金属材料的3D打印成形零件，形状可以优化控制，并且结构静力性能可与铸锻件媲美。但是，由于无损检测能力的限制，3D打印零件内部孔隙度和微裂纹不可预测。对3D成形件的认识程度相比于传统加工还有较大差距，在民机应用中还有较长的路需要走。     

钛合金3D打印成形技术及缺陷

介绍了3D打印技术的发展概况、基本原理和技术特点。综述了国内外几种常用的钛合金3D打印技术:激光选区烧结成形技术(SLS)、激光选区熔化成形技术(SLM)、激光立体成形技术(LSF)、电子束选区熔化成形技术(EBSM)、电子束熔丝沉积成形技术(EBF3)等,综合比较,EBSM技术由于具有成形效率高、精度高、成本低和真空无污染等优点,是未来最具发展前景的钛合金3D打印技术。成形过程中缺陷的成因和检测是3D打印领域重要研究热点,也是3D打印件能否实现应用的基础。重点介绍了钛合金3D打印成形过程中主要缺陷(包括球化现象、裂纹、孔隙以及翘曲变形)的分类、危害和成因,以及3D打印件常用的无损检测技术,并结合国内外研究情况对各种缺陷的抑制或改善方法进行探讨。最后,从材料、设备、工艺和检测技术方面,对未来钛合金3D打印技术发展前景进行了展望。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印及其应用探索

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,能够实现轻质、高性能结构的制造,但传统的成型工艺过程复杂、成本高,难以实现纤维回收利用,限制了纤维增强树脂基复合材料的广泛应用.3D打印技术是一种新兴的零件成形工艺,将3D打印技术应用于纤维增强树脂基复合材料的制造,为实现复合材料低成本、绿色制造提供了可能性.综述了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出了一种高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印工艺及其回收再制造策略.     

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。     

增材制造技术的研究应用进展:由3D到4D北大核心CSCD

增材制造技术是一种逐点、逐线、逐面增加材料而形成三维复杂结构零件的近净成形工艺,3D打印技术日渐成熟,其所制备出的产品组织结构致密、性能稳定。近年来,学者们将增材制造技术应用于智能材料的打印,实现该技术由空间维度到时间维度的扩展。本文重点介绍了3D打印与4D打印的研究现状与发展前景,以期为从事该领域的工作人员提供借鉴。     

高性能树脂基复合材料轻质结构3D打印与性能研究

树脂基复合材料轻质结构具有轻质、高性能等优点,广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。通过对传统树脂基复合材料轻质结构制造工艺的综述分析,发现传统制造工艺具有过程复杂、周期长和生产成本高等缺陷,限制了树脂基复合材料轻质结构的发展。3D打印是一种先进的零件成形工艺,可实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料轻质结构的一体化制造提供了可能。介绍了树脂基复合材料轻质结构3D打印的研究进展,提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的高性能复合材料轻质结构的一体化制造工艺,并对其性能开展了初步研究。     

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。     

航空航天轻质金属材料电弧熔丝增材制造技术

航空航天轻质化、高性能整体结构日趋广泛的应用,对高效、低成本快速研制提出了迫切的要求。电弧熔丝增材制造与其他金属3D打印技术相比,具有制造成本低、成形效率高等特点,为解决这一问题提供了可能。综述了国内外铝合金、钛合金等轻质金属材料电弧熔丝增材制造技术的研究现状,指出了目前存在的主要问题及发展方向。最后,分析了电弧熔丝增材制造大型构件的应力与变形控制、路径规划软件、成形过程在线监控与反馈控制等共性关键技术的发展趋势。     

某型航空发动机高压压气机转子叶片3D打印再制造技术研究

针对某型涡扇发动机高压压气机转子叶片叶尖磨损故障,采用3D打印再制造技术进行修复。研究表明,采用3D打印再制造技术可实现该转子叶片的叶尖修复,解决了叶尖修理极限确定、逐层堆积过程中成形困难和复杂型面净近成形等难题。     

航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术应用的关键基础研究

以TC4钛合金航空零件为研究对象,开展了激光选区熔化3D打印技术的模型CAD优化设计、成形工艺参数设计、后处理技术等应用关键基础研究,对影响3D打印质量控制的各个环节进行了分析,提出了航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术产业化的建议。     

航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术应用的关键基础研究

以TC4钛合金航空零件为研究对象,开展了激光选区熔化3D打印技术的模型CAD优化设计、成形工艺参数设计、后处理技术等应用关键基础研究,对影响3D打印质量控制的各个环节进行了分析,提出了航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术产业化的建议。     

4D打印的研究进展及应用展望

4D打印技术为基于3D打印技术和智能材料的一种新兴的制造技术,是3D打印结构在形状、性质和功能方面的有针对性的演变。4D打印技术能够实现材料的自组装、多功能和自我修复,是一种具有可预测功能的材料制备技术。4D打印技术可以实现材料特定性质的改变,从而使其满足各个领域中的应用需求。本文按照时间顺序对4D打印技术的研究进行了综述,总结了在这一技术在材料科学、制造产业、生物工程及医学等领域中的突出成果以及创新性技术。结合4D打印技术的概念及研究现状,对其在各个领域中的应用进行了展望。     

基于光固化成形技术的复杂航空零件快速制造方法

提出一种基于光固化成型技术的复杂航空零件快速制造方法。根据零件结构设计模具,采用光固化成形技术制造压蜡模具型壳,填充金属树脂复合材料,经过固化、去应力等工序实现压蜡模具制造;并基于蜡模制造复杂AISI316L航空零件。该制造方法周期短、精度高、成本低,能够快速响应市场的需求。     

激光选区熔化成形高温镍基合金研究进展

高温镍基合金在高温高压条件下具有高强度、优异的抗疲劳性能与蠕变特性,是航空航天领域中重要的高温合金材料之一。综述了基于粉末床激光熔化成形技术进行镍基高温合金零件快速制造的国内外研究进展,首先系统地介绍了成熟应用于金属3D打印技术和正处于研究开发中的高温镍基合金材料,接着总结了经SLM成形后高温镍基合金材料的微观组织结构与缺陷,以及相应热处理后零件的组织变化和力学性能特征。最后,进一步概述了SLM成形高温镍基合金零件热点科学问题。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

4D打印技术的研究进展

4D打印是实现对智能材料的增材制造技术。本文基于复合材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金等材料简要综述了4D打印智能材料的研究进展。目前复合材料的4D打印向着多材料精确复合、响应速度快、成形材料功能化等方向发展;4D打印形状记忆聚合物则朝着形态可控、实现特定动作等方向发展;4D打印形状记忆合金,目前向着相转变行为精确调控、变形可控等方向发展。由于目前4D打印形状记忆合金存在诸多未解决的问题,本文提出了获得近全致密4D打印形状记忆合金需考虑的因素;成形孔隙对其综合性能的影响;组织性能调控;变形控制;性能指标调节的冗余度问题;需要突破的科学问题等相关思考。总体而言,随着新型原材料、成形方法、控制软件和机器精度的不断发展,4D打印技术发展迅速,正逐步走向智能化、精确化和高效化。     

空间3D打印技术现状与前景

空间制造能力对太空探索具有重要意义,空间3D打印是实现空间制造的一项关键技术。阐述了空间制造的起源以及空间3D打印的技术现状,围绕着3D打印材料、工艺及空间环境适用性等问题,分别讨论了面向空间舱内环境、在轨原位环境、星球基地环境下空间3D打印技术的研究进展,提出了面向空间应用的高性能复合材料3D打印、多自由度3D打印等工艺方法,以应对空间环境的多重需求。分析并指出了实现空间3D打印技术面临着空间极端温差环境、能源利用、材料来源与性能等技术挑战;围绕我国空间站建设与月球探索工程,讨论了我国空间3D打印技术的发展前景与可能的实施途径。     

李志强 航空制造技术专家

<正>近年来,3D打印绝对是个热门话题,作为航空制造领域的专家,您对于增材制造技术如何理解,未来发展趋势会怎样?李志强:3D打印是大众媒体的说法,专业人士叫增材制造。客观上讲3D打印并不是一项全新的技术,因为在四五十年前采用激光、电子束熔化金属就已经能够实现了。目前之所以出现这个热潮,从技术角度讲,主要是信息技术的进步推动了这项技术的快速发展,由于对数据的处     

基于光敏树脂分析的3D打印加速度传感器设计

MEMS加速度传感器所采用的硅微机械加工技术存在个性化定制、小批量生产成本方面的不足，而3D打印技术的优势就在于无需模具的自由化定制、一机多用实现低成本产品生产，3D打印的发展趋势就是实现微纳尺度结构的制造。在此背景下，采用光固化立体成型技术设计了一种3D打印压阻式加速度传感器结构。传感器基底使用耐高温光敏树脂制作，并采用丝网印刷工艺在基底表面印制导电碳浆形成应变计结构。为此，首先对耐高温光敏树脂的相关热学与机械性能进行分析。通过测试，得到该光敏树脂固化后的起始分解温度等热力学参数。其次，通过控制光敏树脂紫外光固化时间，取得了较好杨氏模量和弯曲强度的树脂，且为该加速度传感器的结构仿真优化与制作工艺提供了必需数据与重要依据。除此之外，还对所设计的碳浆应变计结构进行了测试，得到了有效灵敏系数。通过以上工作，为最终实现3D打印加速度传感器的制作做好铺垫，助力3D打印技术与MEMS传感器技术相融合。     

金属材料空间3D打印技术研究现状

空间3D打印技术对航天器维护及深空探测具有重要意义。结合金属材料3D打印技术的特点及空间的微重力环境,从热源适应性、材料适应性、成形工艺适应性等方面探讨了金属空间3D打印所面临的困难。在此基础上,提出了空间3D打印宜选取电子束或激光为热源、丝材为原料的技术方案,并简述了目前国际上3D打印技术在微重力环境下金属材料制备方面的研究现状,分析了微重力条件下金属材料凝固时气孔等凝固缺陷的形成及元素偏析行为。围绕空间站建设和载人深空探测需求,讨论了金属材料空间3D打印在空间站自我修复及金属构件在轨制备等方面的应用前景。