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。     

金属增材制造技术

金属增材制造技术作为3D打印技术的一个重要分支,在20余年的发展中取得了显著的进展。文中简要回顾了金属增材制造技术的历史溯源,重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钛合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展,探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。     

陶瓷吸波超材料结构光固化增材制造工艺研究

陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件.但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性.本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复杂结构的陶瓷超材料吸波器.使用氧化铝粉末和光敏树脂,配制出可供3D打印的氧化铝陶瓷浆料,利用3D打印机...     

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。     

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。     

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。     

基于选择性激光烧结的结构电路一体化技术研究

为了实现结构电路一体化部件的快速制造,本文提出将增材制造技术与结构电路一体化技术相结合。传统结构电路一体化工艺基于注塑成形技术,成本高、周期长,难以实现快速制造与迭代设计。本文提出基于选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)技术,开展结构电路一体化的制造工艺研究,该技术具有成型速度快、精度高等特点。尝试以激光烧结方式实现成形,随后进行激光活化和化学镀。试验结果表明可以在成形件表面快速制造出具有优良导电性能的镀铜区域。     

皱褶结构芯格构型的几何设计方法

夹层结构具有较高的抗弯刚度质量比,较好的吸音、隔音、隔热和耐疲劳性能,被广泛应用于航空航天领域。夹层结构的芯材是具有一定抗剪刚度的轻质材料。从理论上讲,可以制造出各种不同构造型式的芯材。但由于工艺方法以及制造成本的限制,目前结构上常用的是由金属或非金属材料制成的六角蜂窝芯材。本文介绍了将平面板材通过按一定有规律的线系进行皱褶,从而形成各种不同构造型式、不同几何尺寸的等高度、变高度或曲面构型等复杂形状的芯材,用以满足各种不同的结构和功能性要求。而且,这种方法具有很好的工艺性。     

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。     

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。     

用薄板等积变换方法制造起伏构造的工艺问题研究(英文)

研究了用于夹层壁板的新型轻质芯材的制造问题。该种芯材是一种可改变平面方向的褶皱构造。采用薄板等积变换通过局部弯曲而不拉伸材料的方法制造该种芯材已成为可能。其主要难点在于 ,必须实现沿复杂的展开图上所有的画线同时弯曲。现借助于成形过程中使原来的构形组件变形解决其造型问题。本文提出的工艺方法可用于不同材料的深度起伏构造制造 ,如金属薄板和纸等。     

基于增材制造液压阀块及其内部流道优化设计

液压阀块是液压系统中重要的组成部分,传统液压阀块采用车铣、钻、镗的方式制造,导致其内部流道有较多直角弯和工艺孔封闭容腔结构,严重影响油液流动性能.基于增材制造技术所提供的新型设计空间,采用B样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计,并对液压流道进行了计算流体动力学分析,以确定压降最小的最优流道结构.通过对液压阀块拓扑优化...     

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...     

搭接量对LY12铝合金搅拌摩擦增材制造成形的影响

通过采用搅拌摩擦加工方法对LY12铝合金进行增材制造试验,研究了4个搭接量(5.0、5.5、6.0、6.5 mm)对LY12铝合金搅拌摩擦增材制造中界面迁移量、有效焊核尺寸的影响。结果表明:界面总向上迁移且返回边的迁移量大于前进边;当搭接厚度比搅拌针长度小0.5 mm时有效焊核尺寸达到最大值7.32 mm,为搅拌针直径的1.22倍。     

基于增材制造液压阀块及其内部流道优化设计（英文）

液压阀块是液压系统中重要的组成部分,传统液压阀块采用车铣、钻、镗的方式制造,导致其内部流道有较多直角弯和工艺孔封闭容腔结构,严重影响油液流动性能。基于增材制造技术所提供的新型设计空间,采用B样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计,并对液压流道进行了计算流体动力学分析,以确定压降最小的最优流道结构。通过对液压阀块拓扑优化进行减重,根据拓扑优化结果,采用选区激光熔融的方式,完成了液压阀块的打印。相比原始液压流道,经过优化后的液压流道的压力损失减少31.4%;与原始阀块相比经过拓扑优化并通过SLM制造的液压阀块减重33.9%。因此本文采用的流道优化和阀块轻量化方法为液压阀块内部流道性能提升和阀块整体轻量化设计提供了新的参考。     

低速风洞试验模型轻量化设计

风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性,对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构,以某民机模型为研究对象,开展整体化、轻量化设计,应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明,通过优化设计,与传统金属模型相比,模型设计重量降低50%以上;机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构,其强度可满足设计要求;对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计,与基于复合材料制造的设计相比,可减重20%,制造周期缩短50%以上;模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。     

Mo-Si-B三元系金属间化合物超高温结构材料研究进展

Mo-Si-B三元系金属间化合物合金具有高熔点,存在韧脆转变,且有良好的高温抗氧化性和相对低的密度,是极具潜力的超高温结构材料;但是也存在低温脆性大,高于1 300 ℃时高温强度尤其抗蠕变能力不足的缺点,阻碍 了其应用。本文从制备工艺、组织结构、高温抗氧化性能、力学性能和合金化等几个方面综述了T2,Moss+Mo3Si+T2和T1+T2+Mo3Si三个相区合金的研究现状。并且指出,原位合成制 备技术和“少量多元”合金化是Mo-Si-B三元系合金未来的发展方向。     

海洋环境下飞机结构疲劳性能退化规律研究

某型飞机服役了20多年,且大部分日历时间停放在海边机场,腐蚀损伤严重。文中分析了该飞机服役环境特点,采用从该飞机机体上拆卸下来结构材料加工成疲劳试验件,针对外形尺寸完全一致的新、旧材料试件进行对比疲劳试验,分别计算了新旧材料的细节疲劳额定值（DFR）,得到了在海洋环境条件下飞机机体结构材料的疲劳性能衰减退化规律。研究结果表明,试件结构形式不同,服役环境对结构细节抗疲劳性能影响程度不一致;结构形式相同的试件,服役环境条件作用后的疲劳性能会下降大约4-16％。