4D打印形状记忆合金研究进展与展望

4D打印主要是指将3D打印技术与智能材料结合制备智能构件的技术。智能构件可以在外界环境刺激下发生形状和性能的变化。形状记忆合金作为一种在外界刺激下可以发生马氏体和奥氏体互相转变而引起形状变化的智能材料,是金属4D打印的主要材料。4D打印形状记忆合金不仅可解决传统加工技术引起的晶粒粗大、杂质含量高、表面质量粗糙等问题,还可实现复杂结构的整体化制造,可加大促进形状记忆合金的应用与发展。综述4D打印NiTi基、Cu基、Fe基和Ni-MnGa基形状记忆合金的成形工艺、微观组织与性能研究进展,对4D打印形状记忆合金的发展进行展望,为4D打印形状记忆合金的研究与应用提供有益参考。     

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。     

可控变形复合材料结构4D打印

4D打印技术是一种采用3D打印工艺方法实现具有对外界刺激响应功能、可变形状或性能的智能结构增材制造技术。综述了4D打印技术的基本工艺方法,如形状记忆材料4D打印、仿生复合材料结构4D打印、外场驱动智能结构4D打印等;分析了现有4D打印技术在变形过程不连续、制备难度较大、难以实现变形过程可控等方面存在的问题;提出了连续纤维增强复合材料的4D打印策略,展示了任意可展曲面结构的设计与4D打印流程;分析了4D打印技术未来在航空航天、生物医疗及软体机器人等领域的潜在应用价值。     

4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力

4D打印技术是最近一段时间快速发展的新兴增材制造技术,对飞机等航空航天装备的结构智能化发展具有重大前瞻性意义。本文论述了战斗机的发展及对多功能结构的需求,阐述了4D打印在实现飞机功能融合方面的重要作用;探讨了4D打印的定义、专用材料、工艺装备及结构构型特征;讨论了4D打印在航空飞行器智能变体结构、新一代热防护及新型隐身技术方面的应用潜力;给出了4D打印的技术成熟度提升、关键技术突破及学科融合方面的发展建议。     

3D打印技术在航空发动机换热器研制中的应用展望

简要介绍了3D打印技术的发展历程和国内外的研究现状,重点介绍了3D打印技术的特点及其应用于航空发动机换热器研制的原因,分析了相关应用实例,最后对3D打印技术的应用前景进行了展望。     

增材制造（3D打印）分类及研究进展

增材制造(3D打印)近年来被国内外广泛研究和应用,但是目前尚无关于增材制造的系统、清晰和准确的分类。根据文献调研和现场调研,将增材制造技术分别按照制造材料种类、形态、热源、工艺组合等方法来进行划分,即增材制造技术可分为四大类16个小类,并且分别介绍各类增材制造技术原理、特点及其研究应用现状。最后指出目前增材制造材料单一与效率低等不足及向多元化、高效化、稳定化和包容化等发展的趋势。     

连续纤维增强复合材料3D打印技术现状及展望

纤维增强复合材料因其轻量化、高强度和高设计自由度等优点一直备受航空、航天和汽车等领域的青睐。3D打印是实现连续纤维增强复合材料快速化、个性化和复杂化结构制备以及突破传统制造方法限制的有效途径之一。本文综述了连续纤维复合材料3D打印技术的基本原理、方法分类和研究进展,从成型的材料、工艺、性能和机理等方面进行综述,并对混杂连续纤维增强复材3D打印、多自由度3D打印及其路径规划提出了展望。     

非传统激光束激光选区熔化3D打印的研究现状及展望

将非传统激光束激光选区熔化(SLM)作为调研对象,介绍了非传统激光束整形原理及其SLM设备情况,以椭圆高斯光、平顶光、反高斯光和细光斑为分类,总结了不同激光形状类型在生产过程中对制品热历史、微观组织和缺陷的影响.对集成光束整形器件和非传统激光SLM打印研究后发现,椭圆形高斯光打印由于改变了光束椭圆度可使制品在不同部位具...     

3D打印材料应用和研究现状

综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料,从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材(纸张、塑料膜)、低熔点丝材和粉末材料四种;从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料,金属和合金材料,陶瓷材料等.立体光刻(Stereo Lithigraphy Apparatus,SLA)工艺的材料为感光性的液态树脂,即光敏树脂;叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材;熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料,主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料;选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)的材料是各类粉末,包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉(打印后常须进行再烧结及渗铜处理)、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等;选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺使用与SLS一样的粉末材料,不仅具有SLS优点,而且成型件致密度更高,力学性能更好;三维打印与胶粘(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)工艺的材料同样为粉末材料,但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起,同时将零件的截面“印刷”在材料粉末上面,类似于纸张彩色打印,可通过设置三原色黏结剂及喷头系统,实现彩色立体打印.对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望.     

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。     

3D打印产品荟萃

在信息数字化的今天,制造行业也逐步追求效率的最大化,高速精密的生产工艺越来越占据主导地位,于是快速成型的技术也越发重要,3D打印机就是一种快速成型技术的直观体现,巨大的市场空间也涌现了一批先进的3D打印机设备和技术,引领着制造业的发展.     

3D冷打印技术

<正>3D冷打印技术为复杂形状结构金属制品的生产制造提供新方法和新思路,将传统减材制造转换为增材制造,可以节约大量原材料,该技术不受形状限制,使更多异形金属制品的制造成为现实。     

Stratasys 3D打印世界

3D打印机又称Rapid Prototype (简称RP),是“快速原型制造技术”具体的运用.Stratasys两种先进3D打印技术Stratasys创始人Scott Crump于20多年前发明了热溶解积层技术(Fused Depositong Madeling,FDM),自此Stratasys 3D打印技术走在变革的前沿.FDM使用两种材料来执行打印作业:用于构成成品的建模材料和用作支架的支撑材料.3D打印机的FDM(热熔沉积成型法)技术原理上并不会太艰深困难,传统制造业的加工方法是在原始材料上做切销的减法,与之不同,3D打印所遵行的是加法堆栈的原则.比起传统的模型制作,不但避免错误,而且可以节省大量的开发时间成本与材料成本.     

3D打印技术在弹射座椅中的应用

简要介绍3D打印技术的原理、特点及分类,说明3D打印技术的应用范围,重点论述弹射座椅内部有复杂异型结构的铝合金零件3D打印技术的应用情况以及取得的实际效果。     

3D打印技术在砂型铸造中的应用

针对航空用砂型铸件表面质量较差、生产周期长等问题,以支座零件为研究对象,基于3D打印技术对其进行砂型铸造用木模实验研究。完成了支座砂型铸造成形方案设计,并完成ABS材质的支座铸模原型打印。结果表明,以FDM原理的3D打印技术制造出来的支座铸模材料利用率高,抗湿性好,制作周期短,成本低,尺寸稳定性高,且ABS材质铸模比传统木模使用寿命长。     

仿生光响应形状记忆材料4D打印和形变特性研究

针对深空、深地、深海和极地等极端环境科学探索前沿,利用智能构件的材料–结构–功能一体化增材制造技术,即4D打印技术,以木材的多层网格状结构为生物模本,以聚乳酸为基体,聚己内酯为添加相,氧化石墨烯为光热转换剂,采用直写式3D打印工艺成功制备了具有光响应形状记忆特性的仿生智能材料,研究了该智能材料的响应方式、变形过程、力学强度、变形温度等。结果表明,其能对光与温度刺激做出响应,实现自主形状回复,形变温度降低至55℃左右。在近红外光刺激下,形状固定率高达96%,形状回复率为93%,形状回复时间最快可达9 s。最后演示了在仿生可展开结构和光控释放包裹物结构中的应用,分别实现了按需光驱动展开和可控顺序释放功能,为航空航天可变形结构精准选择、远程控制和快速响应问题的解决提供了一种有效的仿生学新思路和新方法。