国内外先进制造技术专业技术讲座课程论文.doc

专题技术讲座论文 题 目: 国内外先进制造技术 学院(直属系) : 材料科学与工程 年级 、专业:2009级材料成型及控制工程 学 生 姓 名: 学 号: 332009080302131 指 导 教 师: 开 题 时 间: 2013 年 3 月 26 日完 成 时 间: 2013 年 4 月 2 日学习态度（15）技术水平与实际能力（25）创新（10）说明书（报告书、图纸）质量（50）总评摘要 产品设计和工艺都是先进制造技术的主体。例如特别是航天产品的可靠性要求高，零组件要依靠航天企业自己生产，利用外部资源。提高我国航天产品的开发研制和生产水平，要采用一些高效率的制造方法和生产保障手段，重视生产现场，否则本质上很难有产品快速研制和生产方面的进步。产品的工作要放在产品形成之前。多品种小批量研制生产以产品制造流程为主线，不同的制造方法为单元，形成组织分明和流畅的研制生产线，可有利于提高效率。关键词 先进制造技术装备 应用现状1 引言先进制造技术(AMT)是"直接被公司采用的用于产品生产的新技术”。以“制造技术”为基础，工艺过程技术（Process Technology）为主体，把制造过程的设计、生产流程设计、加工技术、装配、检测等作为第一位主体技术；强调把市场、技术、经济、管理等融为一体的思想。根据实际需要采用不同水准的先进制造技术及与之相适应的生产经营模式，以追求最佳的技术经济效益。2003 年8 月集团工艺专家组组织对先进制造技术应用进行了为期两周的技术考察。首都航天机械公司总工程师王国庆同志为代表团团长，集团工艺专家组组长邵锦成和工艺专家组成员王至尧同志为技术顾问，工艺专家组成员富大欣及有关厂所等技术骨干参加此次技术考察活动。考察重点内容为: RP、RM 方面的研发热点：激光金属粉末直接烧结成形的材料、工艺和装备技术； 均匀压边力液压成形工艺与装备技术、热等静压/粉末冶金技术应用情况； 欧洲航空航天企业先进制造技术应用现状。2 RP （ Rapid Prototyping ） /RM （ RapidManufacturing）技术与应用2.1 RP/RM 技术世界上第一个基于离散/堆积原理的RP 装置起至今已有19 年。RP 技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，可实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。在工业发达国家，企业在新产品研发过程中采用RP 技术确保研发周期、提高设计质量已成为一项重要的策略。显著提高新产品投产的一次成功率：可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免更改后续工序所造成的大量加工损失；支持同步（并行）工程的实施：使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行；支持技术创新、改进产品外观设计；有利于优化产品设计，这对工业外观设计尤为重要。成倍降低新产品研发成本：节省了大量的开模费用快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产，使新产品上市时间大大提前，迅速占领市场。最初 RP 技术主要用于制造产品的概念原型与功能原型，用于展示产品设计的整体概念立体形态和布局，安排进行产品造型设计，作为产品的展示投标面市模型使用。RP 技术已从获得原型(Prototypes)朝着获得最终零件/模具（Final PartsEnd-use Parts Functional Parts）的快速制造（RapidManufacturing 简称RM）方向发展。RP 技术发展重心已从快速原型技术面向设计过程延伸到制造领域。最近Terry Wohlers 提出RP 将意味快速生产（RP will mean rapid production）的新定义更加明确了这一发展方向。模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍，提高了制造复杂零件的能力，使复杂模型的直接制造成为可能。2.2 EOS 公司RP 装备技术与应用EOS 公司（Electro Optical Systems）公司从1989 年来一直致力于激光粉末烧结快速成型系统的研究开发及设备制造工作，拥有世界上先进的SLS（Selected Laser S1intering，RP 技术之一种）技术，已经成为全球最大的激光粉末烧结快速成型系统制造商。激光粉末烧结快速成型技术的应用已覆盖了汽车摩托车、航空航天、家用电器等诸多领域，应用范围已从最初的产品快速开发扩展到了快速制造及电子化制造e-Manufacturing。EOS 公司所倡导的电子化制造，基于激光粉末烧结快速成型技术的全新制造理念是指从电子数据直接自动地进行快速、柔性、较低成本的制造方式。适应从单件产品制造到大量的个性化产品制造。根据烧结材料不同，激光粉末烧结快速成型系统共有三种，分别是激光金属粉末烧结、激光塑料粉末烧结、激光铸造砂烧结。 直接金属粉末烧结成形已达到商品化程度，如EOSINT M250X 设备（参见图1）。可制造用于注塑等工艺的金属精密模具，EOS 公司的该项技术为世界领先，其特殊的粉末配方和烧结工艺使之在大功率激光烧结后，不会产生导致精度下降的收缩和变形，该技术是模具快速制造的先进技术。由于通常金属粉末在烧结过程中会产生变形和收缩，在激光烧结粉末开发方面与专业粉末制造公司、研究机构合作开发。目前，可以商业使用的是铜粉、工具钢粉末。图 1 金属粉末烧结成形机激光金属粉末烧结：常用材料有高速钢粉和黄铜粉，其粒度分别为0.05mm 和0.02mm；分层厚度为0.02mm/层或0.05mm/层；烧结密度可达98%；烧结精度±0.05mm； 加工行程：250mm×250mm×185mm，主要用于复杂零件加工和复杂模具加工，能够加工常规加工手段无法实现的复杂加工，加工后的金属表面采用喷丸处理进行表面清理和提高表面粗糙度为Ra320。金属粉末烧结零件、注塑模具典型件参见图2 a、b。 塑料ABS 等激光塑料粉末烧结设备(EOSINT P380, EOSINT P700)：常用材料有尼龙粉、尼龙-玻纤粉、融模铸造粉、类橡胶粉、尼龙-铝粉。分层厚度为0.10mm/层至0.20mm/层；烧结密度可达95%；烧结精度±0.15mm，加工行程最大为700mm×380mm×580mm，主要用于塑料功能件加工及融模铸造，材料的粉末直接烧结、精度高、强度好是各种机、电、仪产品小批量生产的先进技术，塑料粉末烧结熔模典型件见图2c。 直接砂型烧结（覆膜砂），用于各式发动机配件精铸，完成复杂精铸件快速制造（此技术同样是CAD 模型直接驱动，无需木模，柔性极高）。激光铸造砂烧结设备(EOSINT S750)：常用材料有石英砂和陶瓷砂；分层厚度为0.2a,b.金属粉末烧结件；烧结精度±0.3mm，加工行程为720mm×380mm×380mm，用于复杂铸造砂芯砂模的一次成型，铸造砂型直接烧结典型件见图2 d。a,b.金属粉末烧结件c.塑料粉末烧结熔模件 d.铸造砂型件图 2 SLS 成型典型件2.3 RP 技术在航天产品研制中的应用对于航空航天气动流体特性要求较高的复杂产品，可以设计出各种模拟件，典型200300mm形状复杂的产品，采用金属粉末直接烧结，六个工作日可以快速制造完成，制成的模型用于吹风试验，使产品在很短的时间内实现设计优化及验证。SLS 技术在液体火箭发动机中的典型应用参见图3。选择RP 技术服务商提供基于立体光固化（STL）和激光选区烧结技术（SLS）的用于产品验证功能模型。模型的比例从1:1 产品尺寸到缩比件不等。优点是成本减少了50%，减少了机械加工的时间，为设计修改提供了柔性。对于铸件的生产，采用的步骤是：3D 设计模型模型输入聚苯乙烯坯体烧结陶瓷铸壳制造聚苯乙烯坯体熔化铸造铸件清理和加工。图3 SLS 技术在EADS-ST公司液体火箭中的发动机典型应用从查阅的资料了解到美国 RS-68 300 吨的液氢液氧火箭发动机以及改进的航天飞机液氢液氧主发动机的研制看，同样为了缩短研制周期，大量采用了高温合金件，采用3D 设计和RP技术，实现了快速铸造。“缩短产品研制周期”作为目标，需要采用一些高效率的方法和工具，否则，将仍然处于口号之中。图3 SLS 技术在EADS-ST公司液体火箭中的发动机典型应用3 橡皮垫板成形技术3.1 Avure Technologies 公司Avure Technologies 公司前身是ASEA，是世界超高压加工工艺与设备商品化生产的发源地。也是预应力技术工业化应用的发源地。早在70 年代，我国就从ASEA 引进热、冷等静压机。是世界上用于航空的板料柔性成形设备，热、冷等静压术与设备大多产自该公司。其超高技术起源于1953 年该公司生产的人造金刚石所采用的丝缠绕压力机技术，60 年代先后开发冷等静压机、热等静压机、钣金成型压力机；70 年代开发出1400MPa 液压机；80 年代开发出世界上最大的6m3 热等压力机；90 年代开发出1500MN 的最大的橡皮垫板成型机。至目前已制造出100 台金刚石压机，超高压力至8000MPa；125 台钣金成型用压机，超高压力至200MPa，压力达150,000 吨；1000 台等静压机，其中冷等静压机最大尺寸直径2.5m、高度5m、超高压力至600MPa，热等静压机最大尺寸直径1.7m、高度2.5m、超高压力为100300MPa，最高温度2200，热控精度12，压力介质为压气；10 台液压挤压机，超高压力至1400MPa。冷等压力（CIP）是在烧结前压缩被包封的金属和陶瓷粉末，以获得高密度、高强度和一致的性能。铸件在航空航天的关键零件如发动机叶片、机身结构件等使用中呈上升态势，热等静压（HIP）利用温度和压力的独特结合，愈合金属或陶瓷材料的内在气孔，根本上改进材料强度；还可制造用粉作原料的近净形陶瓷和金属零件。3.2 橡皮垫板成型装备技术从目前应用情况看，橡皮垫板成型装备 93%用于航空航天行业，其余用于汽车制造业。航空航天企业所选的设备尺寸1×3m，成型时压力100140MPa，可以根据用户的具体需要适应性设计制造。橡皮垫板成形压机设备本身的关键技术是放置成型模具的高压容腔制造，采用了预应力技术，使用专用数控缠绕设备，在高压容腔的外表面缠绕400km 长的高强弹簧钢丝，使容器处于-600MPa-800MPa 压应力状态。在140MPa工作状态下, 容器的内应力仍为-50MPa 的受压状态。橡皮垫板使用寿命为2000030000 次，使用中发生破损可以修补。橡皮垫板为专用材料，由该公司提供。橡皮垫板成形压机仅需凸模即可完成深、浅压延成形，如与快速模具技术配合起来，可使模具费用下降到传统复杂曲面金属板料成形模具的110。节省了生产准备时间，尤其适用于小批量生产和新产品的开发。对于在运载武器上广泛使用的采用型胎和手工结合生产的多品种产品（典型件参见图4），目前国内主要是各大航空制造厂有这类设备， 航天企业还没有。图 4 可采用橡皮垫板成型的典型航天产品用零件零件成型过程中，一次完成成型和下料效率高，可大大减少手工劳动成本。成型后的零件表面光滑无划伤，零件的成型尺寸精度高。相对手工成型，提高了产品质量。可成型铝合金、不锈钢、钛合金、高温合金等材料的钣金件，成型厚度和拉深尺寸主要考虑成型时液体压力。对于双层复合结构的结构，可以一次成型，这对于其它工艺来讲是难以做到的。4 热等静压/粉末冶金（HIP /PM ）技术4.1 HIP /PM 技术a. Ni 基高温合金 b. 大型 Ti-6Al-4V航空涡轮叶片 航空发动机壳体铸件图 5 HIP 处理的典型航空发动机铸件粉末冶金(Powder metallurgy，PM)指制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经成形或烧结得到具有所需形状和性能的材料与制品的工艺技术。它是一种能生产特殊性能材料的技术，又是一种能制造廉价优质机械零件的少切削、无切削加工工艺。PM 具有多用性，它可适用于简单形状和复杂形状的零部件制作。可生产从中等批量到大批量最终形状或近似最终形状的零部件，且几乎无原料损失。粉末冶金不仅是一门材料制造技术，又是一门材料加工技术。热等静压技术是近20 多年来发展起来的，它是将粉末或被压材料(简称“工件”)放置于热等静压机中，升温到烧结温度(通常为材料主成分熔点的23)的同时，对粉末或被压材料施以各向均等的高压压力，使其热致密化到理论密度。是在冷等静压和热压技术的基础上发展起来的综合工艺。将粉末装入包套(即成为“工件”)，放入带有加热炉的密闭高压炉体内，并抽出包内空气，压入惰性气体(如Ar 气)，通电加热，使工件达到烧结温度(此时，气体热膨胀升压)，借助于高温和各向均等的高压使粉末体固结成全致密的材料。热等静压技术的基本特点是：几乎能使粉末材科致密化到理论密度，使金属材料致密化到理论密度的99.99%；由于等静压力作用于高温粉末上，故烧结温度比常规冷压烧结工艺低，得到的制品晶粒细小而均匀，性能良好；用热等静压技术制取的制品，可避免传统治金工艺中存在的化学成分偏析，并可以制得更高合金含量的优质冶金产品；可以直接得到形状复杂的大型冶金部件(如飞机涡轮盘、蜂窝构件等)，与传统治金工艺比较，节约原材料，减少冶金或机加工过程，节约能源，从而降低产品成本；使用热等静压技术生产有毒粉末或放射性材料时，由于包套是密闭的，可以大大地减少对操作人员的危害，改善劳动条件。粉末热等静压技术可以制得无残留孔隙，如全致密的高速钢、高温合金等制品。目前最大用户是汽车工业，如用于北美汽车的粉末冶金零件达到1000 种以上。福特公司每辆车粉末冶金零件平均已达17.5kg，已有使用2500 万件粉末锻造(PF)发动机连杆无一损坏的记录，正在迅速取代传统的铸造和锻造的连杆。在一些特殊材料的生产中，如高温合金、高速钢、不锈钢、特种铝合金等，粉末冶金工业性大规模生产方法已比较成熟。最大的粉末高温合金涡轮盘，直径约为1m。单重数百公斤的核电站热能主回路高压耐蚀阀体、直径达1m 的薄壁高温合金无缝管与超大复合无缝管等，都是用粉末冶金方法制备的。最大的粉末高速钢锭重为3 吨。热等静压工艺设备投资大，只对具有特殊性能要求的高合金产品才能显示其优越性。现代粉末冶金的迅速发展，将在节能、节约金属、节约战略物资、提高劳动生产率、金属再生和环保等方面发挥巨大作用。国外先进制造产业的演变及其特点工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。尽管决定国家综合竞争力的因素有多种，但制造业的基础地位不能忽视。20世纪90年代以来，各发达国家，如美国、日本、欧共体、德国、韩国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划，旨在提高本国制造业的国际竞争能力。美国的先进制造技术计划。在80年代中后期，美国曾一度把制造业作为“夕阳产业”，导致美国制造业国际竞争力大大下降，引起美国政府和社会各界的高度重视。为此，美国政府决定大力发展先进制造技术。1994年，美国国家科学技术委员会指定其所属的民用工业技术委员会制订国家级先进制造技术发展战略，其主旨有如下四点：1）支持国家实验室、大学与工业界联合研究开发先进制造技术。2）通过国家级工业服务网络帮助企业快速采用先进技术。3）开发并推广有利于环境保护的制造技术。4）积极实施与工程设计和制造相关的教育与培训计划。1996年，美国国家先进制造联合会发表了面向21世纪的美国工业力量白皮书，建议美国今后应重点发展如下先进制造技术：集成产品与过程开发、并行工程、敏捷企业哲理、虚拟产品开发、快速原型与过程仿真、可扩展的企业体系结构、综合资源规划、产品数据交换标准、高速网络、人工智能、传感器数据融合、专家系统、电子数据交换、纳米微米制造技术、高级控制器、全能制造系统(HMS)的制造单元技术等。同时建议国防承包商采用大批量定制技术，重点发展柔性制造技术与系统。 德国的先进制造技术计划。德国制造业面临两大挑战：一是在制造技术水平日益先进的今天，德国制造业无法再死守优质优价的成规，必须与美国、西欧其他国家、亚洲(尤其是日本)的制造商展开优质低价的竞争；二是为继续保持传统制造业的经济增长，必须将更多的精力和资源投入到更新的先进技术上来，积极推动工业界采用信息技术改造传统制造技术与制造企业。因此，德国政府积极采取行动，制订了“2000年生产计划”。1995年，德国政府、企业界、科技界和工会组织共同提出跨越1995-1999年的这一战略计划，其目的是：利用信息技术促进制造业现代化、采用充分考虑人的需求和能力的生产方式、帮助企业增强市场竞争力、提高制造领域的研究水平等。研究重点是：1）开发和制造产品的新方法，缩短开发和制造周期。2）提高产品制造的经济性，开发可循环利用的材料和产品以及“清洁制造”过程，制订新材料的标准。3）面向制造的后勤保障技术，缩短制造周期和降低运输费用。4）面向制造的信息技术，开发制造用的高效可控的通信系统。5）多变环境下新的制造方式，例如具有学习能力的开放式生产组织结构以及可重构的生产系统等。日本的先进制造技术计划。从80年代末期开始，日本出台了重大的先进制造技术计划：智能制造系统(IMS)。该计划是1989年日本通产省发起的一项国际合作研究计划，美国、加拿大、澳大利亚、欧共体和欧洲自由贸易联盟等国家和地区组织已纷纷加入进来。其目标是：全面展望21世纪先进制造技术的发展趋势，超前开发下一代制造技术，解决全球制造业面临的共同问题，如提高产品质量和性能、促进科技成果转化、改善地球生态环境、推动全球制造信息与制造技术的体系化和标准化、快速响应制造业全球化等。该计划充分反映了21世纪先进制造技术研究的三大特点：国际化、面向市场和企业参与，涉及到当今先进制造技术领域的许多重大技术，已受到世界各国的普遍关注。韩国的先进制造技术计划。1991年底，韩国政府提出了国家高级先进技术计划(HANP)，由韩国科技部、工商部、能源部和交通部联合实施。其目标是：到2000年，把韩国的技术实力提高到世界一流工业发达国家水平。这一计划包括先进制造系统(其对先进制造系统的定义是将市场需求、设计、制造和销售等集成在一起的系统)、新能源、电气车辆、人机接口技术等七大项目。该项目从1992年12月开始实施，为期10年，共分三个部分：1）基础技术(开发集成化的开放式系统、标准化技术以及系统性能评价方法)。2）下一代加工系统(开发下一代加工设备、机械技术与生产工艺技术)。3）电子产品的装配和检验技术(开发下一代印刷电路板装配和检验技术、高性能装配机构和制造系统、系统操作集成技术和智能技术等)。先进制造技术对发达国家近年来制造业的发展产生了巨大的推动作用，使得这些发达国家的技术水平始终保持在世界前列。这些国家的成功经验在于：制定和实施“重大专项计划”，产学研官联合攻关。为抢占高科技制高点增加产业竞争力，发达国家十分重视以“专项计划”的方式推动关键技术的攻关。“专项计划”的制定与实施由对产业发展具有宏观调控能力的政府部门牵头负责，集中优势，目标明确，产学研联合攻关。研究和应用面向21世纪的现代制造模式。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。90年代以来，随着市场环境的变化，世界各国对现代制造模式展开了广泛深入的研究，一系列面向21世纪的现代制造模式在制造业中得以发展和应用，其中最具代表性的有：美国人提出的精益思维、敏捷制造、知识网络化企业和网络联盟企业，日本人提出的全能制造系统，德国人尝试的改变工业组织结构的分形企业，以及中国学者提出的现代集成制造及现代集成制造系统。这些现代制造模式的研究和示范，使制造业的运行方式发生了巨大的变化，制造业柔性化、集成化、智能化及网络化获得了前所未有的发展。正是这些现代制造模式的应用和推广，带动了制造业的整体变革，提高了制造业的产业素质和竞争力。以全球思维构筑企业竞争战略。为应对全球化和知识化的机遇和挑战，以最大灵活性与适应性参与全球竞争，制造业跨国公司对其拥有的一揽子生产资源及经营活动，诸如投融资、生产、营销、金融以及开发研究等，进行跨国的整合配置和协调管理，并实行统一控制打造整体竞争优势。全球制造已成为一种普遍的制造理念，主要表现为：1）制造业市场营销国际化，即以全球市场作为自己的目标市场，以争夺全球市场份额为取向。2）制造业产品开发国际化，即制造企业交叉结盟，在竞争中合作，在合作中竞争，组建跨国战略联盟，以实现知识创新和技术创新。3）造业产品生产国际化，即在全球制造网络体系中，企业问竞争力的构筑不再依靠产品价值链的绝对完全占有，而是根据综合实力和比较优势，进入制造网络的相应节点，尽力参与并抢占价值链条的高位区。根据以上阐述，我们对美国、德国、日本和韩国的先进制造技术做了简单比较，列表如下：美国德国日本韩国成功的原因1、 制定和实施“重大专项计划”，产学研官联合攻关。2、 研究和应用面向21世纪的现代制造模式。3、 以全球思维构筑企业竞争战略。各自的特点美国政府出台了促进制造技术发展的“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”，每年投入1500亿美元，把制造业信息化技术列入“影响美国安全和经济繁荣”的22项技术之一加以研究开发。德国出台了“制造2000”计划，由德国政府、企业界、科技界和工会组织共同提出，总共资助资金45亿马克，研究重点包括面向制造的信息技术，特别要研究通信技术，开发面向制造的高效的、可控的系统，促进制造业的现代化。日本实施智能制造技术计划IMS，将日本的制造技术与美国的软件技术与西欧的精密仪表技术等优势结合起来，以创造出先进的智能制造系统。韩国先进制造系统(KAMS)项目始于1992年，作为HANP项目的重要部分，历时l0年，旨在开发先进制造系统。KAMS由3部分组成：1）通用基础技术；2）下一代机构制造系统；3）电子产品的装配和检验系统。介绍新材料先进制造加工技术的研究现状、工作原理、特点及发展趋势。材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中包括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成和加工的基础研究。根据材料的服役效能来调整成分、组织、结构、进而对材料的制备工艺进行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对材料科学的全面发展起关键的促进作用。材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质是决定材料使用性能的最基本的三大要素。一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用。下面分别详细介绍：一、 研究现状新材料成形加工技术的研究开发，是近二、三十年来材料科学技术领域最为活跃的方向之一。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。同时开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。一大批先进技术和工艺不断发展和完善，并逐步获得实际应用，如快速凝固、定向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用，解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急需。现在将主要的先进材料加工技术分别介绍如下：1. 快速凝固快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，如非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。2. 半固态成型半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接用于成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压）。3. 无模成型为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。4. 超塑性成型技术超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。待添加的隐藏文字内容15. 金属粉末材料成型加工粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。6. 陶瓷胶态成型在围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。7. 激光快速成型采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。8. 电磁场附加制备与成型技术在材料的制备与成形加工过程中，通过施加附加外场（如温度场、磁场、电场、力场等），可以显著改善材料的组织，提高材料的性能，提高生产效率。典型的温度场附加制备与成形加工技术有熔体过热处理、定向凝固技术等；典型的力场附加制备与成形技术有半固态加工等；典型的电磁场附加制备与成形加工技术有电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成形技术等。近年来，有关电磁场附加制备与成形加工技术的研究在国际上已形成一门新的材料科学分支材料电磁处理，并且得到迅速发展。9. 先进连接技术先进连接技术主要包括：铝合金激光焊接、镁合金激光焊接、机器人智能焊接。10. 表面改质改性在材料的使用过程中，材料的表面性质和功能非常重要，许多体材料的失效也往往是从表面开始的。通过涂覆（或沉积、外延生长）表面薄层材料或特殊能量手段改变原材料表面的结构（即对处理进行表面改性），赋予较廉价的体材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用价值和产品的附加值，是数十年来材料表面加工处理研究领域的主要努力方向。二、 工作原理新材料成形加工技术的原理主要分为三个方向介绍。（1）材料的精确成形：金属材料的精确成形包括液态金属精确成形(铸)、金属材料塑性精确成形(锻)、金属材料的精确连接成形(焊)。无机非金属材料的精确成形包括陶瓷精确成形(塑性滚压成形法、注浆成形法、粉料压力成形法和特种成形法四种)、玻璃精确成形(吹制法、拉制法、压制法和吹/压制法四种)等。高分子材料的精确成形包括液态高分子材料精确成形(如环氧树脂的浇注成形等)，固态高分子材料精确成形(如塑料的注射成形、挤出成形等)。（2）快速成形技术：快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。（3）高分子材料加工技术：现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。大多数情况下，高分子的加工通常包括两个过程：首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状。高分子加工与成型通常有以下形式：高分子熔体的加工、类橡胶状聚合物的加工、高分子液体的加工、低分子聚合物或预聚物的加工、高分子悬浮体的加工以及高分子的机械加工。三、 特点现代的产品开发系统的特点是：采用现代设计理论与方法；进行全生命周期设计；设计全过程采用信息技术；加快采用新材料、新工艺；产品开发周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；产品有创新，在国际市场上有竞争能力。而材料则由传统结构材料向高性能、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净。材料成形加工技术是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的技术。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为技术的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为重要组成部分。因此，材料成形加工技术是以材料学科和自动化专业及计算机科学与技术等为基础进行发展的技术。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，材料成形加工也紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。下面例举几种新材料加工技术的特点予以说明。（1）快速成形技术： 1）高度柔性；2）技术的高度集成；3）设计制造一体化；4）快速性；5）自由成形制造(Free Form Fabrication，FFF)；6）材料的广泛性（2）复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。 2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。(3) 高分子材料加工成形技术现在采用的是聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点。四、 发展趋势 轻量化、精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。新材料加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。由于上述材料加工技术的总体发展趋势，可以预见，在今后较长一段时间内，材料制备、成形与加工技术的发展将具有以下两个主要特征：（1）性能设计与工艺设计的一体化。（2）在材料设计、制备、成型与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。基于上述材料加工技术的总体发展趋势和特征，新材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面。1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。打破传统材料成形与加工模式，工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产提高生产效率。2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制例如，非平衡凝固技术、电磁铸轧技术、电磁连铸技术、等温成形技术、低温强加工技术、先进层状复合材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。模拟仿真可提高产品质量515倍，增加材料出品率25，降低工程技术成本13%30%，降低人工成本5%20%，提高投入设备利用率30%60%，缩短产品设计和试制周期30%60%等。高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、m到nm尺度）则是近年来研究