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[专题] 增材制造(3D打印)--激光烧结、激光/电子束选区熔化等在航空制造领域的应用

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qingyun889 发表于 2013-11-24 15:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 zhh894217 于 2015-5-11 21:25 编辑

     增材制造,俗称3D打印,即依据三维CAD设计数据,采用离散材料(液体、粉末、丝、片等)逐层累加原理制造实体零件的技术。
       与传统机加工和模具成形等制造工艺相比,增材制造将三维实体加工变为若干二维平面加工,大大降低了制造的复杂度,并在快速生产和灵活性方面极具优势。
       3D打印当然有着大显身手的舞台,首先是复杂结构的快速制造,理论上只要能设计出三维结构模型,我们就可以在无需刀具、模具及复杂工艺条件下快速地将设计变为实物;二是个性化定制,3D打印非常适合个性化定制生产、小批量生产以及产品定型之前的验证性产品制造;三是3D打印技术目前主要适用于高附加值产品制造、个性化产品以及产品大规模生产前的研发与设计验证等环节的制造。
       因而3D技术在航空航天领域中有着独特的优势,将促进航空航天的飞速发展。

【所以大家可以相互讨论一下航空航天中有哪些零件(小型、复杂、内流道等特点),可以适合增材制造呢?】
lemoncap 发表于 2013-11-28 21:58 | 显示全部楼层
航空航天钣金件特多,3D真的还不是那么特别有用。中间机匣是比较合适的。
lemoncap 发表于 2013-11-28 22:05 | 显示全部楼层
3D打印技术仅仅是制造技术大家庭的新成员,不会取代传统制造技术。”北京航空航天大学教授、大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心主任王华明4日在广州发表了以上观点,他认为,3D打印技术的运用目前最有前途的是在重工业领域。

  王华明是中国钛合金激光快速成形技术的带头人,长期从事高性能金属构件激光直接制造和特种耐磨涂层激光表面工程研究,在航空飞行器产品制造中对3D打印技术进行了诸多应用探索。

  “3D打印”又称三维增材快速制造,是以数字建模为基础,运用塑料、金属、陶瓷、橡胶、玻璃、色砂等多种可粘合材料,通过逐层增加材料“打印”出三维实物产品。

  如今,3D打印技术的奇妙应用激发了人们的强烈兴趣,有人甚至将其看作是第三次工业革命的标志,并认为这项技术将颠覆传统制造业。

  “3D打印技术并非万能,也有它的适用范围。”王华明认为,3D打印技术只有与其他先进制造技术结合互补,才会发挥更大的作用,因此它不会对第三次工业革命带来颠覆。“但不可否认,3D打印技术的作用还是具有变革性的,它的功能是很多传统制造方法无法相比的。”

  王华明表示,对于一些大型复杂构件来说,3D打印技术在节省材料、方便加工、缩短周期、降低成本等方面比传统制造技术有优势。但对于大规模生产而言,传统铸造锻造等制造产业不可替代,3D打印在成本、质量和稳定性上都不能与传统制造业相比。



  王华明认为,采用3D打印技术的高性能金属材料制造将为中国航空航天装备制造业带来比较大的价值,中国也在这方面走在世界前列。(
zhh894217 发表于 2014-12-18 19:28 | 显示全部楼层
电子束选区熔化增材制造技术
——航空飞行器复杂结构精密制造的新方向
中航工业制造所 陈玮 陈哲源
2014-12-18 09:30:40
       

图3. (b)发动机尾椎


图3. (a)发动机叶轮


图2. EBM设备结构图


图1. 增材制造应用行业分布

        现代飞行器正朝着高性能、长寿命、高可靠、低成本的方向不断发展。轻量化、整体化、结构功能一体化以及低成本运行成为飞行器结构设计、材料应用和制造技术共同面临的严峻挑战。增材制造(Additive Manufacturing)作为一种周期短、工序少、低成本、净成型的技术,其成型构件力学性能优良,是飞机和发动机结构制造技术的一个发展方向,具有重大的科研价值和经济效益。
增材制造是基于离散—堆积原理,采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术。其优势体现在:传统方法难以制造的高复杂度产品;传统制造缺乏经济性和快速反应能力的极小批量制造。因此,目前最适用于增材制造的领域主要包括航空航天(高复杂度结构、极小批量)、医疗(生物特征、个性化需求)、工业品的原型制作(极小批量、对导入快速性要求高)、模具(极小批量、提升新品开发速度)。美国专门从事增材制造技术咨询服务的Wohlers协会2013年度报告显示,航空航天领域占据增材制造技术应用的10.2%(图1)。

电子束选区熔化技术简介
电子束选区熔化(Electron Beam Melting,EBM)技术是增材制造技术的主要方向之一。目前世界上仅有瑞典的Arcam AB公司可提供商业化设备,它的结构如图2所示。其工作原理是:取粉器铺放一层预设厚度的粉沫(通常为30~70微米);电子束按照CAD文件规划的路径扫描并熔化粉末材料;扫描完成后成型台下降,铺粉器重新铺放新一层粉沫。这个逐层铺粉—熔化的过程反复进行直到零件成型完毕。EBM技术的主要特点有:近净成型,尺寸精度达到+0.2mm;可制造形状复杂的零件,如空腔、网格结构;成型在真空环境中进行,避免了材料氧化;成型环境温度高(700℃以上),零件残余应力小;表面质量较高,粗糙度Ra 25~35;成型效率较高,达到55~80 cm3/hr;成型过后的剩余粉末可以回收再利用;成型腔尺寸受限制,目前最大尺寸为¢350 ×380 mm;成型过程中铝元素含量有损失,需通过调节粉末成分弥补;成型材料显微组织与力学性能具有各向异性。
EBM技术采用金属粉末为原材料,其应用范围相当广泛,尤其在难熔、难加工材料方面有突出用途,包括钛合金、钛基金属间化合物、不锈钢、钴铬合金、镍合金等,其制品能实现高度复杂性并达到较高的力学性能。此技术可用于航空飞行器及发动机多联叶片、机匣、散热器、支座、吊耳等结构的制造。
国内外发展现状
美国橡树岭国家实验室(ORNL)是最早开展EBM成型技术研究的机构之一,从2010年开始就与洛克希德·马丁公司开展合作,研究领域主要集中在钛合金以及镍合金等高附加价值材料上。这些材料难以加工,采用EBM成型可提高材料利用率,降低成本。项目选择的零件之一是F-35的空气泄漏检测支架(Bleed Air Leak Detect, BALD),为Ti-6Al-4V材料,靠近发动机的高温部分。BALD被定义为轻载荷的三级结构,因此装机应用的认证过程相对容易。
对于采用新技术制造的航空结构件来说,最重要的是力学性能的稳定性和一致性。此项目评价了EBM成型的多个Ti-6Al-4V合金BALD零件的力学性能,结果显示材料的平均抗拉强度为952+25MPa,延伸率为14.4±2.2%,满足ASTM标准要求;成型零件氧元素含量(0.17%)也符合标准。BALD属于薄壁结构,如果采用传统的机械加工方法,材料利用率只有3%;而采用EBM技术,材料利用率接近100%。成本分析显示EBM技术生产的BALD零件的成本(包括热等静压与表面处理)相比传统方法降低了50%。
GE-Avio公司在EBM成型技术方面也处于国际领先地位。EBM成型的钛合金除油器(Deoiler)部件已经通过飞行测试,这种蜂窝结构是传统制造方法难以实现的。此外,该公司首次将EBM技术应用到钛基金属间化合物零件的制造上,以代替原有的铸造成型技术。目前,TiAl发动机低压涡轮叶片已经进入工厂测试阶段。
近年来,国内相关单位也关注EBM成型技术发展。中航工业制造所增材制造专业是高能束流加工技术重点实验室的主要研究方向。2007年以来,在航空支撑及预研基金等项目支持下,中航工业制造所开发了电子束扫描技术、精密铺粉技术、成型控制技术等装备核心技术。中航工业制造所针对航空应用开展了钛合金、TiAl金属间化合物的大量研究,重点研究了成型工艺控制、材料显微组织及力学性能的关系,使Ti-6Al-4V合金的性能达到国际先进水平,并成型了多个飞机和发动机结构工艺试验件(图3)。
电子束选区熔化技术发展趋势
电子束选区熔化技术展示了制造复杂结构的能力,必将成为传统制造技术的重要补充。为促进此项技术发展,未来需要关注以下几点:
(1) 结构优化
EBM成型技术几乎不受零件复杂性的限制,那么在设计零件阶段可以通过有限元等方法充分优化结构而无需考虑零件的可加工性,达到最大的减重增效目的,从“为了制造而设计”转变为“为了功能而设计”。
(2) 质量认证
增材制造零件的质量认证是此项技术在航空领域实现大规模应用的关键。首先,对于原材料粉末质量要严格控制。其次,由于零件成型耗时较长且容易出现缺陷,对于制造过程的监控极其重要。第三,由于零件是近净成型,对每一种材料都必须建立成型参数(功率、扫描速度、扫描路径等)与材料组织性能的关系与模型,从而优化成型过程,降低缺陷率。第四,近净成型的零件对于无损检测技术也提出了更高的要求。
(3) 回归理性
媒体对增材制造的大量宣传带来了各界对此项技术的关注,客观上推动了增材制造技术的发展。航空金属结构件对力学性能的稳定性和一致性有着很高的要求,目前增材制造技术在这两方面还有很长的路要走。随着研究的深入,增材制造技术的成熟度也将随之提高,在航空领域的应用也将越来越广泛。

http://www.cannews.com.cn/epaper ... /story/438850.shtml



zhh894217 发表于 2015-6-18 15:30 | 显示全部楼层
增材制造航空科技重点实验室揭牌

来源:中航工业制造所    发表日期:2015-06-17

  6月16日,增材制造航空科技重点实验室依托中航工业制造所在北京设立。增材制造航空科技重点实验室设有电子束增材制造技术、激光增材制造技术、离子束/等离子体增材制造技术和增材制造装备关键技术四个研究方向,实验室的设立将促进中航工业增材制造技术的基础性研究工作的开展和技术水平的提升,为中航工业增材制造技术的应用发挥重要的推动作用,为我国武器装备的升级换代提供技术支撑。
http://www.avic.com/cn/xwzx/cydt/404300.shtml
zmic 发表于 2015-7-19 22:39 | 显示全部楼层
想问一下,像此类3D打印的,如果是机身大梁之类的承力结构件,成型后是否要做后期处理?
Nighthawk 发表于 2015-7-20 03:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 Nighthawk 于 2015-7-20 03:54 编辑
zmic 发表于 2015-7-19 22:39
想问一下,像此类3D打印的,如果是机身大梁之类的承力结构件,成型后是否要做后期处理?

要用传统的加工方式精加工,目前看到的隔框照片,上面都有铣削的纹理。但相比传统机加工从一块整料“抠”出一个成品,这样做加工去除量大大减少。传统加工有的要去除掉毛坯90%的料,3D打印再精加工显然不用这么多
zmic 发表于 2015-7-20 08:46 | 显示全部楼层
Nighthawk 发表于 2015-7-20 03:53
要用传统的加工方式精加工,目前看到的隔框照片,上面都有铣削的纹理。但相比传统机加工从一块整料“抠” ...

      CD有个帖子是机身结构的,讨论的时候曾经有说这样的部件不经过热等静压无法使用,反对者反驳的理由有目前国内最大尺寸的热等静压设备无法放下这个部件,还有贴出有访问王华明教授的帖子说明等等。
      如果是烧结,强度自然比不上铸造和锻造,选区融化的话我觉得成型后材料的致密程度、晶粒等等应该不如锻造的。如果是重要的承力结构,个人看法要上热等静压。但关于这方面的资料很少
xtal 发表于 2015-7-20 20:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 xtal 于 2015-7-20 21:47 编辑

http://lt.cjdby.net/thread-2048854-1-1.html

3D打印是一层一层的。
当受力方向平行于层的时候。
是什么强度水平?抗拉抗压,抗冲击,抗疲劳。这些最好都拿出来和锻造和铸造比一比。
当受力方向垂直于层的时候。
是什么强度水平?抗拉抗压,抗冲击,抗疲劳。这些最好都拿出来和锻造和铸造比一比。
当3D打印的结构件挨上一发航炮炮弹的时候,是什么耐损伤能力?(F15可是要求主结构能承受一发30mm航炮炮弹的)
吹嘘3D打印取代锻造铸造的,只需要回答这两个问题就可以了。
不过么,每次我问这两个问题。那些3D打印FANS立刻就王顾左右而言他了。
没一次敢正面回答的。
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结果就如我预测的那样。3D打印粉对这两个问题完全是王顾左右而言他。




xtal 发表于 2015-7-20 21:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 xtal 于 2015-7-20 21:35 编辑

近日,中航工业一飞院结构所应用3D打印技术研制的重点型号试验件(主起落架支柱、支臂)在中航工业强度所通过了最大载荷工况的试验验证。此举表明一飞院研制的3D打印试验件经受住了极限载荷考验,可以在飞机主承力部位应用。

  3D打印是一项国际前沿的新技术,具有成型速度快、节省材料、复杂型面工艺性好、成本低等优点,在国内多个行业和领域得到广泛应用。在飞机研制领域,中航工业多家单位都对此进行了探索,并在多个型号上应用,取得了一定的成效,但在飞机起落架这样载荷大、受力复杂、经常承受冲击载荷的主承力部位应用,在国内尚属首次。为了将该项先进技术更好地应用于飞机研制,一飞院结构所会同强度、材料等专业专家,将全三维数字化设计技术与3D打印技术相结合,“打印”出包括主起落架支柱、支臂等主承力部件的多个飞机部件,并通过材料级、静力、落震等多项试验,对“打印”出的试验件进行了全方位试验验证。这次极限载荷试验,就是静力试验中的最后一项。

  这次主承力件通过了考验,使一飞院在3D打印技术的应用方面向前迈出了很大一步。目前,科研人员仍在继续攻关,致力于“打印”出更多、更大、更复杂的零部件,推进这项新技术在飞机研制中得到更广泛应用。

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说好的批量生产在哪里?中航工业可是一个字没说批量生产,反复说是研制。
说好的高强度在哪里?一个字也没提到。
吹嘘高强度和批量生产的,先把中航的话给圆了。
oddvar 发表于 2015-8-31 22:48 | 显示全部楼层







又一个牛人  巩水利
激光增材制造OK  电子束也非常NB啊

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klonoa1121 发表于 2016-7-12 12:31 | 显示全部楼层
http://www.cannews.com.cn/epaper/zghkb/2016/07/12/A05/story/1059019.shtml

3D打印在航空航天领域的前景
2016-07-12 09:29:09
       我国机械制造与自动化领域著名科学家,现为中国工程院院士,西安交通大学教授、博士生导师,任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长。
       卢秉恒主要从事快速成形制造、微纳制造、生物制造、高速切削机床等方面的研究,先后主持20余项国家重点科技攻关项目。曾获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、“做出突出贡献的中国博士学位获得者”称号、全国五一劳动奖章等奖项。

颠覆性技术

     “3D打印是一个崭新的技术,还有非常大的发展空间。”卢秉恒院士介绍,增材制造是近30年才发展起来的,而我们比较熟悉的铸、锻、焊已经有3000年的历史了,切割加工也具有300多年的历史。根据2013年麦肯锡研究报告预测,在今后影响人们生产组织模式和社会生活的12项重大颠覆性技术中,3D打印名列第9,排在新材料和页岩气之前,到2030年,3D打印的效益将达到0.6~1.2万亿美元。这一预测后来又被提前,预计到2025年3D打印可能产生高达5500亿美元的效益。美国“重振制造业计划”在国会提出的口号就是要“在美国发明、在美国制造”,他们提出了一个指标:用一半的周期、一半的成本来完成产品的开发。为了实现这一目标,专家们提出3D打印是促进这一指标的有效手段。卢秉恒认为,3D打印正处于技术发展的井喷期,近两三年国内有很多大的创新,使非金属制造的效率提高了几十倍,金属制造的效率也提高了近十倍;同时,3D打印也正处于一个产业发展的起步期,很多企业都在加盟这个领域,普遍认为3D打印是一个很值得挖掘的一个金矿。
      在卢秉恒看来,3D打印是产品开发的利器,它在做首件上是非常有利的。“过去,我们做试制的时候,最难的就是做样件,一架新飞机的研发周期需要10~20年。有了3D打印,我们就可以免除做首件所需要的专用工卡具、刀具、模具等等,因此大大简化了工艺流程,可以快速做出首件来进行装配、试验、验证。”卢秉恒举例,像飞机典型的结构件大部分是框、梁、架、桁,这些东西的长度和面积都很大,但是实际上所需材料并不多,设计要求用最少的材料来实现最高的强度和刚度。3D打印是上述结构非常理想的一种指导方法,它可以克服结构件占有空间大、形状复杂,采取切割加工时往往95%~97%的材料都会被切割掉,而且在切割加工中变形非常大,且加工所用机床的制造难度非常大等问题。“所以从这个角度上来说,3D打印在航空航天领域是一项颠覆性技术。”卢秉恒认为。航空航天所面对的是难加工的材料,它的复杂结构、加工变形控制、研发周期和成本等对传统制造提出了一个非常大的难题,而3D打印可以用全新的方式去对付这些难题。例如,钛合金的切削加工是很难的,但对于3D打印来说,看问题的角度变了,反而成了最容易的成形方法。3D打印可以使材料的利用率从原来的3%、5%提高到80%、90%。另外,3D打印完全可以实现个性化,非常适合航空航天多品种、小批量、大型复杂结构的制造。
      现在已经有很多很好的案例,卢秉恒介绍道:“弗吉尼亚大学两位学生通过3D打印技术制造出一架模型飞机并成功试飞。只花了4个月的时间,成本也只是2000美元。而就在5年前,制造这样的塑料涡扇发动机的成本约为25万美元,需要花上2年的时间。”   
美好但不完美
    “3D打印这么美好,但是我们还需要进行很多深入的研究。”卢秉恒直言。例如,用于航空领域,需要结构件具备很好的疲劳性能,这个也是业界很多人提出置疑的问题。尽管从理论上分析,用3D打印可以获得很好的组织结构。比如设想,飞机发动机的叶片之所以做得好,就是因为它的温度梯度非常高,因此它的晶粒很细。而与发动机叶片的温度梯度(每厘米几十度)相比较,3D打印的温度梯度在每毫米上千度,在这么高温度梯度下,3D打印产生的晶粒肯定是很细的。当然也有人不放心,认为3D打印是一点一点打印出来的,哪一点有问题它就形成了一个缺陷。卢秉恒肯定这种担心是需要的,但他认为:“实际上在宏观制造中,对微观杂质的混入是不可避免的,正如铸造中夹杂、气孔等缺陷,即使经过锻造,也只是改变了铸造后的形状,气孔体积缩小一点、形状变化一点,但仍然存在。而3D打印是在一个点上形成一个瞬态的高温、一个瞬态的剧烈冷却,允许产生缺陷的体积会非常非常小,所以应该说是最可靠的。”当然,卢秉恒也表示,要达到这种可靠性必须每一点上的工艺条件都控制得非常好。但实际上,在3D打印中,激光扫描也是有惯性质量的,由于光斑能量分布不均,因此会导致温度场不均匀,可能会产生内应力。“这不是传统凝固学所能解决的问题,我们需要深度研究在3D打印情况下,逐点瞬态的热力历程及其强非平衡态机理。”卢秉恒坦言,“我们很多的短板还是在基础研究上,如果这些难点不克服,我们对3D打印的航空件能否接受疲劳试验还是存有疑虑的。”
      此外,卢秉恒认为缺乏标准也是问题之一。3D打印的结构件用在航空上,尤其是用在民航上,需要达到适航条件。为此需要大量的试验来建立相关标准,在这方面,我国正在积极做好相关工作。

材料革命

   “3D打印也带来了我们材料方面的科技革命。”卢秉恒介绍,3D打印使材料从增量走向增材。单一材料的制造可以把它叫作增量制造,而3D打印的一个优势是把不同的材料打印一起,做成功能梯度的结构,为我们开辟一个很大的创新空间,可以把材料设计在它最能发挥效益的地方。例如,表面是最耐磨、耐蚀的材料,里面是强度、刚度最好的材料,把不同的材料放在一起才是真正的增材制造。进一步设想,从增材到创材。美国NASA做了一个能够耐受3315℃高温的合金,来做“龙”飞船2号的发动机构件,从而大大提高了发动机的功率。受这个启发,或许可以利用3D打印来验证材料基因组计划研究中的方案,来制造出超高强度、超高耐温、超强韧、超高抗湿等各种不同用途的新的合金材料。
     总而言之,3D打印是一个引领性的制造业共性技术,它可以支持产品快速开发,支持创新产品的结构设计,支持制造模式创新,使制造从控形制造走向控性制造,从增量走向增材,从增材走向创材,从创材甚至走向创生。

产业生态不可限量

      目前,在3D打印领域,我国的国产化设备销售量基本上排世界第5,装机应用量排第3,专利论文数量排第2,但是我们还有很多的弱项,存在产业规模小、缺乏核心技术和标准、缺乏各层次人才等问题。
     “如何把产业做大,尤其是让航空航天这种重要产业能从3D打印中受益,这个是我们的责任。”为此,卢秉恒谈及我国对增材制造行业的预测。预备在10年内(2015~2025年)直接产值达到1000亿元,制造业扩散效益达6000~10000亿元。这将带来打印材料的基本供应;价值大的元器件的国产化供应;3D打印将显著影响产品设计和日用品的个性化制造;并将成为航空航天领域复杂零件的小批量制造手段。“到2035年,我们将进入第一方阵,增材制造产业规模将位居世界第二,在装备研发与生产、适用材料和尖端领域应用方面与美国并驾齐驱。”卢秉恒对此充满信心。他预测,不久的将来,3D打印将从概念上的三足鼎立走向价值分享的三分天下,即便在批量生产方面3D打印或许没有模具制造、切削加工那么大,但它可以制造出一些具有高端价值的产品,在总价值的体现上必将占有一定市场。(王恒)
klonoa1121 发表于 2016-7-12 12:36 | 显示全部楼层
http://www.cannews.com.cn/epaper/zghkb/2016/07/12/A05/story/1059479.shtml

增材制造技术标准体系思考
中航工业综合所 栗晓飞
2016-07-12 09:29:11

标准体系

       增材制造技术近几年发展迅猛,特别是从2012年以来,全球范围内掀起了增材制造技术热潮,各类增材制造技术及设备逐步完善,工程应用范围也在逐步拓宽,覆盖了航空、航天、医疗、汽车、机械、化工、能源、艺术等众多领域,可制造的材料从非金属、钛合金、铝合金、钢、金属间化合物到高温合金,甚至到陶瓷材料和复合材料,伴随着增材制造产业的快速发展,其产业及技术发展中面临的标准化问题日益凸显,严重制约了增材制造产业的进一步发展。本文重点分析了国内外增材制造技术的标准体系,并结合增材制造技术的特点,初步规划了国内增材制造技术的标准体系,以期为增材制造产业的健康、持续、稳定发展提供标准化支持。

增材制造技术概述

      增材制造与3D打印的定义是一致的么?国际标准化组织ISO联合ASTM于2015年发布了ISO/ASTM(增材制造技术术语)标准,标准中明确规定,增材是相对于减材制造和等材制造,以三维模型数据为基础,通过材料逐层叠加来制造零件或实物的工艺,而3D打印则是利用打印头、喷嘴或其他打印技术,将材料通过沉淀的方法来制造实物的工艺,通常在非技术领域3D打印作为增材制造的同义词。通过定义可以了解,一般通过简单的堆叠、沉积来制造实物的工艺被称为3D打印,而对于最终产品有各类性能(包括光、电、力、热、声等)要求时,相应的工艺则应称之为增材制造。
      目前增材制造技术产品的高端装备领域主要为航空航天领域。美国波音777、787民用飞机,以及F-15、F-18、F-22军用飞机研制生产过程中,约有10类产品、200多个构件采用了增材制造技术。空客公司通过使用Stratasys的增材制造系统,成功制作了1000余件飞机零部件。这些增材制造零部件已被用于空客2014年底交付的新机型A350 XWB宽体飞机上。2013年底,GE公司宣布将采用金属选区熔化技术为其下一代GE Leap发动机生产喷嘴,每年的产量将达到4000个,生产周期可缩短2/3,生产成本降低50%,同时可靠性大大提高。在国内,以往增材制造技术主要应用于军机,并且在2012年之后呈现出井喷式发展,应用部位逐渐向次承力、主承力构件过渡,应用数量也从之前的几件猛增至几十件,“粉丝飞机”称号也应运而生。同时,在民机研制方面,中国商飞公司目前也在C919飞机型号研制中采用增材制造技术进行零部件生产,其具有代表性的大型零部件为C919天窗骨架和中央翼缘条,而小型、精度要求较高的增材制造零部件则主要应用于导向槽、摇臂等舱门结构。

国内外增材制造技术标准化现状

国外增材制造标准化工作的发展,从时间上大体分为两个阶段。
       第一个阶段,2002年,美国机动车工程协会(SAE)发布了增材制造领域第一项标准AMS 4999《退火Ti-6AI-4V钛合金激光沉积制品》,预示着增材制造标准化工作的开始。该标准于2011年9月进行了修订,更名为 AMS 4999A《退火Ti-6AL-4V钛合金直接沉积制品》,不规定所使用的高能束流的种类,仅对最终制件的性能指标提出了要求,并结合现有的测试技术,提出了相应的推荐性检测指标。该标准规定了Ti6AI-4V增材制造的原材料、前处理、制造工艺、后处理、检验检测要求及方法等相关内容,其材料对应于国内TC4钛合金,适用于能量直接沉积制件的验收。
       第二个阶段是2008年开始,也是增材制造标准化工作正式进入快速发展阶段。美国材料与试验协会(ASTM)着手开展相关工作,2009年ASTM国际标准组织组建了F42增材制造技术委员会。F42下设8个分技术委员会,目前已发布标准11项,还有11项标准正在制定中,主要由F42 01检测方法、F42 04设计、F42 05材料与工艺以及F42 91术语等4个分技术委员会起草发布。目前,F42 05主要针对于粉末床熔化(对应于SLS和SLM)技术的钛合金、镍基合金及塑料件开展了相应的标准制定,在标准中规定了相关工艺的原材料要求、前处理、制造过程中质量控制、后处理、检验检测要求及方法等方面的要求,适用于粉末床熔化制件的验收。
       2011年ISO也成立了针对增材制造的标准化技术委员会TC261 ,同年与ASTM F42签署合作协议,共同开展增材制造技术领域的标准化工作,并分别于2013年和2015年联合发布了三份ISO/ASTM标准,分别从术语定义、坐标系定义、增材制造数据格式(AMF)等方面进行了规范。
       在欧洲,欧盟在增材制造标准化方面提供了积极的支持,在欧盟第七框架计划的支持下,名为SASAM的项目启动。SASAM增材制造标准化小组联合了ISO、ASTM以及CEN多方力量并与2015年6月发布了2015增材制造标准化路线图。路线图中除了关于增材制造标准化路线图的详细介绍,还阐述了当前欧洲增材制造的优劣势分析,以及当前发展需要克服的问题。
       我国于2016年4月21日召开了全国增材制造标准化技术委员会(TC562)成立大会,对口国际标准化组织ISO TC 216,在国家层面上开展增材制造技术标准化工作。目前通过该技术委员会正在制定的标准共有6项,设计增材制造技术术语、文件格式、工艺和材料分类等方面。作为国内高端装备领域,中国航空综合技术研究所自2007年就开始了增材制造技术标准化的研究,与北京航空航天大学王华明院士团队开展合作,研究形成了一系列增材制造技术标准,并积极推行行业标准的立项及制定工作,目前正在开展钛合金零件激光直接沉积工艺、粉末、制件规范等5项行业标准的制定工作。

增材制造技术标准体系思考

增材制造技术标准体系的建立必须以三个方面为指导思想进行规划。
一、 目标导向,必须以规范产业发展、促进技术进步、利于专业交流三个目标为导向,利用综合标准化的思想建立标准体系。
二、 系统分析,需要从全产业链、全价值链、全技术体系等维度开展分析,形成综合性的标准系统,以满足产业发展、技术进步的需求。
三、 整体优化,寻求整个产业的最优配置,协调上、中、下游的标准化需求,合理统一规划,避免重复、不匹配等问题。

      因此,增材制造技术领域标准体系建立应从技术维度、保障维度及应用领域维度这三个维度进行思考。技术维度是增材制造技术的核心部分,主要从增材制造技术的一般工艺过程需求出发,分为设备、设计、材料、工艺等。保障维度是增材制造技术的基本保障,主要从增材制造技术全生命周期的保障技术需求出发,建立各环节、各阶段、各类事物及人员的基础性、检测、认证、基础数据格式等标准。应用领域维度则依据增材制造技术产品在各领域应用的不同要求及特点进行划分,包括航天、航空、汽车、医疗、教育等,由此规划的增材制造技术标准体系见左图。
      图中的每一个胞元均有数量不同、层级不同的多项标准构成。胞元与胞元之间的标准可能会有重叠。当重叠较多,且在各领域内要求相同或相近时,可在国家层面上进行统一,形成国家标准。当胞元内标准具有明显的行业特色(例如,航空产品检测时对于疲劳性能的要求)时,该类标准应制定成为行业标准,而当胞元内标准具有明显技术独占性(例如,航空零件的具体增材制造工艺标准),仅适合在企业内部执行时,标准应制定称为企业级标准。
      总之,增材制造标准体系的建立需要在国家层面、行业层面开展顶层设计,综合规划,以确保标准间能够协同,高效地发挥作用。


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klonoa1121 发表于 2016-7-24 23:46 | 显示全部楼层
http://ctdsb.cnhubei.com/html/ctdsb/20160723/ctdsb2941355.html

华科“居里夫妇”首创金属3D打印:材料利用率提升15倍
2016-07-23 08:24:17  楚天都市报


    图为:工作人员正用该项技术打印精密零件
   
图为:张海鸥、王桂兰夫妇合影

    □楚天都市报记者乐毅实习生王媛通讯员王潇潇

    居里夫妇志趣相投、献身科研的故事为人熟知,他们因放射性研究共同获得诺贝尔奖,更是科学界的一段佳话。而在华中科技大学也有这么一对夫妻教授,他们18年来从事着同样的研究——铸锻铣一体化3D金属打印,并成功制造出世界首批3D打印锻件,昨日在汉召开该成果发布会。
    据了解,这一技术改变了长期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史,获20多项中国和国际发明专利。该成果目前已用于制造我国新型战机挂件、高铁辙叉等多项支柱产业领域及大型先进尖端武器装备领域。

    有趣的“包饺子”理论

    60岁的张海鸥教授来自华中科技大学机械学院,53岁的王桂兰教授来自该校材料学院。昨日,记者获准探访两位教授的实验基地,看到了这项融合了3D打印、半固态锻造、机器人3项技术的最新成果,并了解了他们科研背后的故事。
    进入实验基地,一台长4米、高和宽均为2米的“铁疙瘩”映入眼帘,它可是世界上首次成功打印出具有锻件性能的高端金属零件。在填充金属丝材后,打印针头来回移动,材料从3D打印针头中被挤出来,物料在过程中被一层一层叠加成型,同时进行高温热处理,轧辊沿着熔积方向对熔积层进行锻造,最后铣削成型。“传统工艺铸造、锻造、铣削是分离进行的,但在这台机器上实现了一体化。”张海鸥教授解释说,如果把制作一个精密复杂零部件想成包饺子,那么就需要和面、擀皮、配馅等环节,如果其中一个环节不到位,下锅后可能就露馅,现在这些工序合在一起,皮馅结合紧致,就不会露馅。“露馅的饺子还能吃,但零件‘露馅’就会疏松,只能报废。”
    更难能可贵的是,这种技术以高效廉价的电弧为热源,以低成本的金属丝材为原料,材料利用率为80%以上,传统工艺的材料利用率仅为5%。且无需大型铸锻铣设备和模具,通过计算机直接控制铸锻铣路径,大大降低了设备投资和运行成本。

    夫妻“吵架”吵出高科技

    记者了解到,这项技术带来两个历史性重大突破:一是将改变长期以来由西方引领世界的“铸锻铣分离”的传统制造历史,二是在世界上首次铸锻铣一体化3D打印出高性能锻件,有望开启人类在一台设备上绿色制造高端金属锻件的新的历史。
    但不为人知的是,这项技术居然是这对教授夫妇“吵架”吵出来的。王桂兰教授说,2008年,张海鸥首次向她提出“铸锻铣一体化”构想,她认为这是异想天开,两人还吵了一架。张海鸥教授笑着说:“这不怪她,谁叫铸、锻、铣分离技术存在了上千年,要改变谈何容易?”不过吵归吵,张海鸥的设想打开了王桂兰的思路,她最后还是带着10多个学生进行实验,“当时想着要是行不通,也至少可以让他死心。”王桂兰说。
    研发过程失败了很多次,他们也吵了很多次。“每次失败他都会挨我一顿抨击。”王桂兰笑着说,“但我又会不自觉按他的思路继续试,错了就继续吵,吵完再接着干。”夫妇俩夜以继日地进行研发,全身心地投入到实验中,18年来几乎天天吃食堂,家里厨房一年用不了几次。2010年,西飞大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生,验证了“铸锻铣三合一”的可行性,实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新,成功实现铸锻铣一体化。

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klonoa1121 发表于 2016-7-24 23:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 klonoa1121 于 2016-7-25 00:05 编辑

http://news.hustonline.net/article/96272.htm

新华社全球通稿推介我校张海鸥教授科研团队新成果

来源:机械学院 点击次数:137次 发布时间:2016-07-24 17:19:55 编辑:宣传部

       新闻网讯(记者 王潇潇)日前,由我校机械科学与工程学院教授张海鸥主导研发的一项金属3D打印技术——“智能微铸锻”,在3D打印技术中加入了锻打技术,成功制造出世界首批3D打印锻件。该成果打破了3D打印行业存在的最大障碍,改变了长期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史,开启了人类实验室制造大型机械的时代新篇章,并将给全球机械制造业带来颠覆性创新。




       由此,华中科技大学再次刷屏人民网、新华网、科技日报等国家级媒体及各地方媒体。其中,新华网社向世界播发英文通稿,推介张海鸥教授研究团队成果,引起广大境外媒体广泛关注并全文转载;科技日报在一版报眼位置刊文推介。



“包饺子”理论妙解世界难题


       据人民网报道,3D打印技术现在受到国际制造业青睐,已经成为全球新一轮科技革命和产业革命的重要推动力。但由于打印缺乏锻造这一程序,难免会有疏松、气孔、未熔合等缺陷,抗疲劳等性能严重不足,使全球3D打印行业一直处在“模型制造”和展示阶段。

  为解决这一世界性难题,张海鸥教授领衔的团队经过十多年潜心攻关,独立研制的微铸锻同步复合设备创造性地将已有千年历史的人类金属铸造、锻压技术合二为一,实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新,大幅提高了制件强度和韧性,提高了构件的疲劳寿命和可靠性。新技术不仅能打印薄壁金属零件,而且大大降低了设备投资和原材料成本。张海鸥解释说,如果把制作一个精密复杂零部件想成包饺子,那么就需要和面、擀皮、配馅等环节,如果其中一个环节不到位,下锅后可能就露馅,现在这些工序合在一起,皮馅结合紧致,就不会露馅。“露馅的饺子还能吃,但零件‘露馅’只能报废。”

  据张海鸥介绍,目前由“智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件,已达到2.2米长约260公斤。正在建设的微铸锻铣复合制造设备能制造5.5×4.2×1.5的金属锻件,表面粗糙度0.02毫米,达到普通机械加工水平。现有设备已打印飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等八种金属材料。在零件尺寸方面也取得重大进展,已打印出最大尺寸2200毫米和1800×1400×20毫米尺寸的大型零件。

  此前世界激光选择性熔化3D打印金属零件最大尺寸是德国一家公司的630毫米,均为一米以下的小型件。目前,此项张海鸥主导研发的国际发明专利技术装备,不仅可以打印出4倍于上述激光3D打印最大尺寸金属零件,而且还可以打印和激光送粉成形和电子束送丝成形尺寸相当的零件,也是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金属锻件的增材制造技术装备。



新技术致力于“国之重器”

       据人民网介绍,传统机械制造中,浇铸后的金属材料不能直接加工成高性能零部件,必须通过锻造改造其内部结构,解决成型问题。但是对超大锻机的过度依赖,导致机械制作投资大、成本高且制作流程长、能耗巨大、污染严重、浪费严重并且难以制作梯度功能材料零件。作为后起之秀的常规金属3D打印技术因为可能解决传统制业的以上弊病而受到青睐,并且在航空航天、模具及汽车领域开始获得应用。

  “以往常规3D打印存在致命缺陷:一是没有经过锻造,金属抗疲劳性严重不足,制件性能不高,二是存在气孔和未融合部分,三是大都采用激光、电子束为热源,成本高昂。所以形成了中看不中用,应用困难的局面。”张海鸥介绍说。现在他的新技术攻破了这一难题。

  经过专家验证,已证实由这种微铸锻生产的零部件,各项技术指标和性能均稳定超过传统铸件与锻件。同时,该技术以金属丝材为原料,材料利用率达到80%以上,丝材料价格成本为目前普遍使用的激光扑粉粉材的1/10左右。在热源方面,使用高效廉价的电弧为热源,成本为目前普遍使用的大多需要进口的激光器的1/10。而且由于这一技术能同时控制零件的形状尺寸和组织性能,大大缩小了产品周期:制造一个两吨重的大型金属锻件,过去需要三个月以上,现在仅需十天左右。

  据了解,我国研制的新型战斗机上,一种新型复杂钛合金接头将开始使用该技术。由于部件复杂,采用传统方法无法整体制造,只能降低设计标准,将零件拆分成多个部位制造后再连接,使该战机先进性能受到影响,使用寿命变短。目前,张海鸥团队的铸锻铣一体化整体3D打印技术与装备,已开始与该团队合作研发攻关。用3D技术打印出来的TC4钛合金抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性均超过传统锻件。

  为此,包括原国家航空航天部部长林宗棠在内的多位专家建议,在《中国制造2025》重大专项中列入此项技术,同时重点推动该技术与装备在航空航天、先进两机、核电、舰船、高铁等重点支柱领域的应用,让这一技术首先提高我国的制造能力与国防实力,将技术优势变为竞争实力,成为实现先进制造领域“中国梦”的国之重器、战略推手,开辟机械制造史上前所未有的绿色时代。
            

                                


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rejions 发表于 2016-7-25 07:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 rejions 于 2016-7-25 08:13 编辑

某报纸拍脑袋了吧, 这不是132厂那个用来检验五轴数控机床综合性能的S形试件末?
  http://ctdsb.cnhubei.com/html/ctdsb/20160723/ctdsb2941355.html

华科“居里夫妇”首创金属3D打印:材料利用率提升15倍
2016-07-23 08:24:17  楚天都市报



    图为:工作人员正用该项技术打印精密零件
http://news.mod.gov.cn/tech/2015-05/29/content_4587379.htm

成飞自主研发“S形试件”检测标准取得历史新突破                                                                        来源:中国航空报  作者:张小洪  时间:2015-05-29 11:34:23                               

张小洪 摄    5月18-22日,ISO/TC39/SC2国际标准化组织机床技术委员会金属切削机床检验条件分技术委员会第78次会议在成都召开。以中航工业成飞自主研发的“S形试件”为基础提出的五轴联动数控机床加工精度检测标准提案进入了国际标准制定程序的第3个阶段(CD阶段),向国际标准成功申报又迈进了一步,这也是我国首次在该领域取得的历史新突破。
    ISO国际标准制定程序由NP(工作项目提案)、WD(工作组草案)、CD(委员会草案)、DIS(国际标准定稿案)、FDIS(国际标准定稿案)5个阶段组成。2012年5月,“S形试件”检测标准提案在ISO/TC39/SC2第73次会议上被纳入了ISO 10791-7标准草案,进入NP阶段。直到本次举行的成都会议上,中国代表将“S形试件”实验结果向技术委员会作了详细汇报,并组织与会代表到成飞现场考察。考察中,各国代表对咨询结果无一提出反对意见,“S形试件”最终进入了CD阶段。

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lbbl999 发表于 2016-7-25 15:21 | 显示全部楼层
林宗棠考察机械学院创形创质实验室
来源:机械学院 点击次数:4978次 发布时间:2016-03-18 08:33:29 编辑:赵睿

  新闻网讯(通讯员 梅飞翔 )3月16日,原航空航天工业部部长林宗棠一行来我校机械学院,考察张海鸥教授负责的创形创质研究室,调研了其团队发明的“智能微铸锻”增材制造技术与装备,对其团队在金属3D打印领域的创新性成果给予了充分肯定。



  在创形创质研究室,张海鸥介绍了该团队发明的智能微铸锻增材制造技术的原理,现场演示了战机挂架零件的制造工艺过程,详细介绍了自主研发的柔性变胞机构、自动铸锻铣机构、检测控制装置等。


  林宗棠现场仔细观察了金相显微镜下铸锻前后增材成形微观组织,详细询问了材料参数、工艺条件,充分肯定了张海鸥团队艰苦努力所做的开拓性工作,高度评价该团队为我国高端零件增材制造技术发展所做的贡献和取得的成就,鼓励该团队坚持不懈、大干快上、继续创新,争取在大中型高端金属零件智能增材制造领域取得更大突破,为我国航空发动机、飞机舰船关重承力件等国防和国家先进制造领域高端零件的增材制造作出更大贡献。


  张海鸥团队十余年来坚持致力于研究开发高端金属零件与模具的快速制造技术与装备,发明的“智能微铸锻”技术,克服了传统制造铸锻分离、依赖巨型锻机、长流程高能耗重污染的模式,以及常规金属3D打印金属零件各向异性与性能难及锻件的瓶颈。在承接西安航空发动机公司委托的发动机过渡段零件增材制造项目过程中,采用该项铸锻一体化成形技术,制造出性能超越锻件的发动机过渡段零件,冶金质量通过乌克兰航空发动机标准严格检验,西安航空发动机公司工艺技术中心专家鉴定认为:该技术突破了现有金属3D打印技术性能不及锻件的瓶颈,达到国际领先。


  陪同考察的还有中国航空技术进出口总公司原党委书记汪鑫炎、中航工业老干局原局长张保宁,中钢集团副总、中钢国际董事长陆鹏程,中钢设备总工程师桂明明,先装院常务副院长曹锋、材料学院王桂兰教授等。




klonoa112 发表于 2017-11-7 21:31 | 显示全部楼层
https://mp.weixin.qq.com/s/Mbv19qUz0bk9h0YwfFosSA
全增材制造微型涡喷发动机在商发公司顺利完成制造
2017-11-07 心动商发

      增材制造微型涡喷发动机在中国航发商发临港基地顺利完成制造,标志着商发公司增材制造整机成功地迈出了第一步。


原模型结构优化及相应零件实物

     增材制造技术在航空航天等装备预研与生产中具有广阔的应用前景。经过近30年的发展,国外OEM逐步从航空发动机的单个零部件增材制造转向整机增材制造,不断地拓展增材制造技术在航空发动机上的应用。商发公司将增材制造视为“弯道超车”的技术利器之一,也将目光投向了增材制造航空发动机整机工作。


增材制造零件展示(毛坯状态)

     增材制造微型涡喷发动机项目于2017年4月启动。本项目以航模领域较为成熟的KJ-66型号微型涡喷发动机为基础,以增材制造工艺特点及装配条件为约束,增材制造技术团队对原模型进行了优化,由原来25零件减为18零件。同时,经过两轮次的迭代试制,增材制造技术团队已完成所有零部件的增材制造。

     该增材制造微型涡喷发动机具有一级离心式压气机和一级涡轮,可实现10Kg推力,目前正在进行点火试验前的准备工作。


图3增材制造零件展示(成品状态)


图4增材制造的发动机整机装配效果展示
Q(a)整体(b)涡轮(c)压气机

      本项目的顺利实施,使增材制造技术团队得到了有效练兵,也使增材制造工艺技术水平得到了有效提升。后续商发公司将充分发挥增材制造技术设计制造一体化的优势,以大涵道比涡扇发动机为研究对象,全面梳理航空发动机零件增材制造面临的科学问题,开展面向增材制造的结构优化创新设计,不断提升增材制造技术在国产大涵道比涡扇发动机中的工程化应用水平,最终实现增材制造涡扇发动机整机的目标。

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zmic 发表于 2017-11-8 09:10 | 显示全部楼层
klonoa1121 发表于 2016-7-24 23:58
http://news.hustonline.net/article/96272.htm

新华社全球通稿推介我校张海鸥教授科研团队新成果

    以往常规3D打印存在致命缺陷:一是没有经过锻造,金属抗疲劳性严重不足,制件性能不高,二是存在气孔和未融合部分,    以前对3D打印的疑问基本就在于不管是激光还是电子束熔融,个人认为和粉末冶金类似,总会存在气孔和未融合部分。但一些相关的宣传有意无意的绕开这些,打印完成后是否要热等静压也不提。
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