第四部分 减材制造与增材制造课件.ppt

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1、减材制造与增材制造,1,2,航空制造业特点,航空增材制造分析,目录,1,航空制造业特点,1.0,引言,对于一个国家来说，航空航天工业是制造业最为重要的组成部分之一，也是科技含量最高的制造领域之一，体现了国防科技工业现代化水平和国家现代制造业实力，在国防现代化和国民经济发展中有着举足轻重的作用。 为了对所加工零件有更深入的了解，现对其进行分析。,航空制造业总体特点,带筋件的分析,自由曲面,构件特点,1.1,航空制造业总体特点,大量采用自由曲面形式,1,6,从形式的角度，为了到良好的气动性能，结构上大量采用自由曲面形式，其准确成型难度较大。 我们在钣金车间参观了部分军机的钣金复杂曲面的成型过程,2

2、.1,航空制造业总体特点,较多形成各种复杂型腔,2,6,某型战斗机构件型腔图,从外观的角度，为了减轻结构重量并增强结构性能，在飞行器构件设计时应进行等强度设计，其直接结果就是往往需要在结构上形成各种复杂型腔，其中型腔靠近外形的槽腔常为直纹曲面，而且具有复杂的槽腔、筋条、凸台和减轻孔等特征。 我们在数控加工车间参观了我国某大型运输机的翼肋成型及歼击机的机翼构件成型过程。,2.1,航空制造业总体特点,大量采用整体构件,3,6,随着航空制造工业的快速发展，由于现代飞机性能要求和设计水平不断提高，为了进一步提升结构效率，大型航空整体结构件逐渐替代了传统的螺栓连接和铆接的飞机组合件，且使用整体制造水平的

3、普遍提升，使得整体结构件成为广泛采用的主要承力构件。 相对于传统拼接的结构，它不但可减少零件数目，降低结构重量，而且接缝少，密封性好，装配简单，使飞机等的结构效率和可靠性成倍甚至数十倍地提高。,2.1,航空制造业总体特点,制造过程中材料去除率大,4,6,为了降低飞机等飞行器的自身结构重量，增大携带负载的能力和实现更远的飞行距离，飞行器制造过程中其航空整体结构件由整块大型毛坯直接“掏空”加工而成，其通常去除量能达到70%，加工周期长。 美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克， 而实际成形零件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 90%

4、。,2.1,航空制造业总体特点,加工变形问题严重,5,6,从加工产品的良品率的角度，飞行器上的结构件往往由于其设计水平较高而加工变形问题严重，影响加工效率，而当面临如尺寸大、材料去除率高、刚性差等特点时，这些问题更更加凸显，当工件从夹具上取下后，往往产生弯曲、扭曲、弯扭组合等加工变形，使零件难以达到设计要求。由于不同飞机结构件采用不同材料毛坯和不同加工方式，它们产生变形的方式与程度也不尽相同。 我国中航工业集团民用飞机转包合作生产中，飞机座舱前、后侧骨架数控加工后会发生弯曲变形整体梁、接头等加工后出现弯曲和扭转变形。,2.1,航空制造业总体特点,性能要求较高,6,6,加工精度形位精度重量控制使

5、用寿命,2.2,铝合金的在飞行器上的应用,近年来，随着航空材料的快速发展，钛合金、铝合金和复合材料成为航空整体结构件的主要结构材料，且在战斗机等高机动性飞行器中所占比重越来越大，但是航空铝合金仍然是应用最为广泛的金属材料，尤其是在民用大飞机中更是如此。在各种民用大飞机系列机型中，铝合金使用量基本在70%以上，其中，波音747中的铝合金使用量高达到81%，有空中巨无霸之称的A380飞机的结构材料中铝合金占66%。其中，铝合金主要用来制作航空航天产品的受力结构件，如隔框、大梁、翼肋、巧条、起落架等零件。 从制造的角度，模锻件和预拉伸板材是铝合金整体结构件毛坯材料的两种主要形式。随着金属板制造水平的

6、提高，平面类整体结构件、板、框、肋、梁的铝合金零件已普遍采用预拉伸板，在沈飞车间中也大量使用。 预拉伸板材通过在专用板材拉伸机上预先给材料少量的塑性变形，改变板材内部原有应力分布状态，减小与均匀化内部固有应力状态。航空铝合金超厚板（40mm）是一种用量较大，需要采用先进加工技术的新型关键结构材料。如德国生产的厚280mm，长20mm的铝合金预拉伸板材，由其制造的整体结构件壁厚为2-3，广泛应用于波音军事运输机C-17和波音777、737飞机上。,2.3,带筋件的总体特点分析,结构常见：从工艺知识、编程经验、形状的角度分析飞机结构件中的筋这类形状零件，可得知，筋是飞机结构件中最常见的形状之一。综

7、合性强： 筋通常起提高结构件强度的作用，也有部分筋有一些特殊的功用。其形状是由结构件本身的设计，以及工艺等诸多因素决定的。薄壁结构：由于飞机结构件本身要求零件在保证强度的情况下尽可能轻，因而通常情况下筋的宽度只有3-4mm，属于薄壁结构。,种数丰富：飞机结构件中的筋形状各异，数量多，常位于槽腔、轮廓之间或槽腔内部,01 课题目的,2.3,带筋件的总体特点分析,拓扑边：1，指筋边2，由主拓扑面与侧拓扑面相交的两条凸边列组成，3，筋顶面加工刀轨计算的原始驱动几何元素，也是筋特征合并的依据）,主拓扑面：1，指筋顶面，2，通常由平面、圆柱面或自由曲面组成，3，筋特征的主要加工区域,约束面：1，约束面为

8、筋两端的端面2，约束面通常为槽腔的侧壁面，一般为一些平面或直纹面3，常常需要单独进行加工,侧拓扑面：1，指筋的侧面2，通常由平面、圆柱面或曲面组成3，构成槽腔侧面、或轮廓侧面，其加工受到所处部位的影响,筋底面：1，筋的底面2，通常多为平面3，筋底面在筋的侧面加工中限定了筋侧面加工的范围,特征,2.3,带筋件的分析,加工内容,1,5,1)顶面的加工筋特征都需要加工筋顶部分1，筋特征加工中最主要的部分，2，飞机结构件筋特征的数控编程中编程占很大的比例。3，是筋特征加工中情况最多，工艺最复杂的部分。2)约束面的加工在一部分筋中，存在约束面需要单独加工，1，为了精加工约束面2，在筋顶面上加工出足够的空

9、间，为之后筋顶面加工的进刀做准备。3)筋侧面的加工往往在铣槽腔内壁面或铣轮廓面时顺带完成(只有在开口筋或独立筋中，若筋的强度不够，筋的侧面才需要单独加工)。,2.3,带筋件的分析,筋加工顺序的安排,2,5,2.3,带筋件的分析,通常情况下，一般先加工约束面，后加工筋侧面。选用这个加工顺序理由是：如图所示，在筋顶面加工中，若约束面未加工完成，则当刀具走到靠近约束面的位置，由于约束面处还存在粗加工余量，将导致铣刀侧面突然出现大的切削量，刀具易损。所以，此类情况，通常都是先加工约束面，再加工筋顶面. 筋侧面的加工，一般都在加工筋顶面之后。由于筋是一类薄壁结构，筋的宽度通常只有34mm，远远小于筋的长

10、度和高度。在筋顶面、约束面和侧面的加工中，筋顶面的加工最易发生变形。为了防止顶面加工时发生大的变形，通常在筋的侧面还未加工，还留有粗加工余量，即筋的宽度方向上还有一定厚度时，先将筋顶部分加工完成，之后再加工筋的侧面。,2.3,带筋件的分析,筋顶面对筋加工的影响,3,5,顶面的加工，主要受筋顶面各面类型的影响，通常需要考虑有如下一些通用的原则：（1）爬坡原则：尽量实现从筋顶面较低处向筋顶面较高处进行加工，方便排屑，减少刀具摩损。平底刀侧刃加工，适合自下往上加工零件，当运动轨迹自上往下时，刀具底部将参与切削，而平底刀底部的切削能力较弱，容易损伤刀具和工件。（2）小坡度下滑原则：当筋顶面加工不可避免

11、的要从筋顶面较低处向较高处加工时，尽量使下滑坡度较小的方向为加工方向。,（3）刀轨应避免位于筋顶中线上：当刀具中心位于被加工筋顶的中线上时，加工时震动大，故刀轨最好偏移一个距离，保证切削时的平稳性。（4）开敞性原则：从无干涉部位进刀进行加工。在不考虑过渡圆弧面的情况下，根据筋顶面类型的不同，如图2-7所示，筋分为如下3种情况：a）平顶筋；b）斜顶筋；c）曲顶筋。,2.3,带筋件的分析,筋两端连接支撑情况对筋加工的影响,4,5,筋是一类薄壁结构，其两端是否有连接支撑，影响筋强度的大小，也影响筋的加工，尤其对筋侧面的加工影响较大。为防止筋侧面加工时发生大的变形，工艺员必须根据筋两端连接支撑情况的不

12、同，采用不同的加工工艺方案。根据筋两端是否有连接支撑，可将筋分为下列3种类型：（a）筋两端都有连接支撑。在飞机结构件中，此类筋最多，它一般位于槽腔之间或处于轮廓上，两端都与其它筋或其它特征相交，强度相对较大。,（b）筋一端无连接支撑。该类筋又称开口筋，其一端与其它特征相交，另一端无连接。（c）筋两端都无连接支撑。该类筋又称独立筋，通常位于槽腔内部，不与槽腔壁面相交。在民用飞机结构件中，此类筋还常分布于轮廓上，成耳片状，又称耳片筋。,2.3,带筋件的分析,筋所处位置情况的不同对筋加工的影响,5,5,位于外轮廓上的筋的加工和在结构件内部的筋的加工有所不同。轮廓上的筋的加工，除了受筋自身类型、形状的

13、影响，通常还受装夹方案、工艺凸台位置以及轮廓面精度要求等因素的影响。按筋在飞机结构件中的位置的不同，如图，可分为下列3种情况：a）筋在槽之间b）筋在槽之内c）筋在轮廓上,2.4,自由曲面设计,随着现代科技及工业的发展，自由曲面已广泛应用于各行各业，大到汽车外形，飞机机身，船舶船体，小到电话机座等，因此，如何精确、高效地设计和制造自由曲面件成为必须解决的问题。由于自由曲面一般比较复杂，计算比较繁琐，程序段很多，用手工编程是难以完成的，应尽可能采用自动编程。自动编程时，程序员根据零件图样和工艺要求，使用相关CAD/CAM软件，先用CAD功能模块进行建模，然后利用CAM模块产生刀具路径，进而用后置处

14、理程序产生数控程序，可以通过软件传给数控机床，完成自由曲面的加工。,如何更好应对上述制造要求,2,航空增材制造分析,3.1增材技术概述3.2我国的应用情况3.3发展历史3.4技术特点3.5增材技术的种类及介绍3.6发展方向,3.1,增材技术概述,增材制造 ( additive manufacturing，AM ) 技术是通过 CAD 设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，其基本原理是离散-堆积原理。,自 20 世纪 80 年代末，增材制造技术逐步发展，期间也被称为 “材料累加制造” ( material increase manufacturing) 、 “快速原型” ( rapi

15、d prototyping) 、 “分层制造” ( 1ayeredmanufacturing) 、 “实体自由制造” ( solid free-form fabrication) 、 “3D 打印技术” ( 3Dprinting )等，名称各异的叫法，分别从不同侧面表达了该制造技术的特点。,该技术源于20世纪80年代的美国，它是将表面工程、材料工程、数字建模、自动化控制等多项前沿技术相结合而形成的新兴制造技术，被英国杂志经济学人誉为“制造业的革命！”,3.1,增材技术概述,在航空领域使用较多的高性能大型金属构件的激光增材制造，指的是通过长期激光逐点扫描、逐线搭接、逐层熔化凝固堆积（增材制造），

16、实现三维复杂零件的“近净成形”。实际上是激光超常冶金快速凝固高性能“材料制备”与大型复杂构件逐层增材“直接制造”的一体化过程（即材料制备零件成形一体化、成形控性一体化）。,3.2,我国的应用情况,我国该项技术的应用道路上较为突出，目前应用的型号有如下所示1，在民用飞机上，C919大飞机驾驶舱玻璃窗框架和缘条零件.2，在军用飞机上，舰载战斗机-歼 15，多用途战斗轰炸机歼-16，隐形战斗机歼20 ，隐形战斗机歼-31，运-20大型运输机。,3.3,发展历史,目前，该技术正在欧美掀起如火如荼的产业化发展热潮，并已广泛应用于创意设计、医疗保健、航空航天、汽车制造、模具制作、影视教育等。其发展过程中的

17、重大事件发生时间如下所示：,1995 中国提出技术构想,1978 美国提出技术构想,2000 AMS4999美国装机工程应用 F-22 和 F/A-l8E/F,2012 电子束熔丝成形J-15,2007 中国装机工程应用c919,2013 电子束熔丝成形F-35,1978 美国联合技术研究心提出并被命名为“激光逐层上釉”工艺。实际上早在年美国联合技术研究中心就 已提出并被命名为“激光逐层上釉”工艺，提出通过激光熔化快速凝固逐层堆积原理制造致密金属构件的技术思路，虽然当时已明确指出了现代金属件激光增材制造技术的几乎全部优点，但由于受当时工业激光器功率及数控技术水平的限制，该技术并未立即引起人们的

18、注意。,3.3,发展历史,1995 西北工业大学提出激光增材制造的技术构思。我国开展航空制造领域增材制造技术和应用研究最具代表性的单位主要是西北工业大学和北京航空航天大学。西北工业大学于 1995 年开始在国内率先提出以获得极高(相当于锻件) 性能构件为目标的激光增材制造的技术构思，并在迄今近 20 年的时间里持续进行了 LSF 技术的系统化研究工作，形成了包括材料、工艺、装备和应用技术在内的完整的技术体系，并在多个型号飞机、航空发动机上获得了广泛的装应用。,3.3,发展历史,1998 激光增材制造构件逐步进入美军项目中。,MTS公司出资与约翰霍普金斯大学、宾州州立大学开展了飞机机身钛合金结构

19、件的激光直接沉积技术研究，在对钛合金结构件激光增材制造技术进行了大量研究并取得重要进展的基础上，于1998年成立了专门从事航空钛合金构件激光增材制造技术 工程化应用的 AeroMet公司。,3.3,发展历史,2000 美国 SAE 协会制定了 Ti-6Al-4V 合金 LSF 成形的美国航空材料标准 AMS4999。美国 SAE 协会于 2001 年制定了 Ti-6Al-4V 合金 LSF 成形的美国航空材料标准 AMS4999 ( 该 标 准 在 2011 年 进 行 了 修 订AMS499A)，这个事件在全球掀起了金属零件直接增材制造的第一次热潮。值得注意的是，在增材制造技术发展的早期，美

20、国军方就已对这项技术的发展给予了相当的关注。,3.3,发展历史,2006 中航工业北京航空制造工程研究所开发了国内首台电子束熔丝沉积成形设备。中航工业北京航空制造工程研究所目前开发的国内最大的电子束成形设备真空室，有效加工范围1.5m x 0.8m x 3m,5轴联动，双通道送丝。在此基础上，研究了TC4 ,TA15, TC11、TC18, TC21等钛合金以及A 100超高强度钢的力学性能。,3.3,发展历史,2007 我国突破了飞机钛合金小型、次承力结构件激光增材制造关键技术并成功实现在型号飞机上的装机工程应用。 北京航空航天大学与沈阳飞机设计研究所、第一飞机设计研究院、沈阳飞机工业集团公

21、司、西安飞机工业集团公司等单位长期“产学研”紧密合作，于2005年突破了飞机钛合金小型、次承力结构件激光增材制造关键技术并成功实现在型号飞机上的装机工程应用，使我国成为当时继美国（2002年）之后国际上第 个实现激光增材制造钛合金小型、次承力构件实际装机工程应用的国家。 2008年以来先后在包括 大型客机等大飞机在内的多种型号飞机的研制和生产中工程应用。这一可喜突破也使我国成为目前世界上唯一突破飞机钛合金大型整体主承力构件激光增材制造技术并装机工程应用的国家。,3.3,发展历史,2012 在我国某型战机上试飞，电子束熔丝成形制造的钛合金零件在国内飞机结构上率先实现了装机应用。据报道称，为一种舰

22、载战斗机。,3.3,发展历史,2013 装有电子束熔丝沉积成形钛合金零件的F-35飞机已于2013年初试飞。,据报道，装有电子束熔丝沉积成形钛合金零件的F-35飞机已于2013年初试飞。Lockheed Martin公司选定了F-35飞机的襟副翼梁，准备用电子束熔丝沉积成形代替锻造，预期零件成本降低60%。近期，美国Sciaky公司采用EBF3技术以及与锻件结合的组合制造技术已经为 Lockheed Mar-tin 公司制造了 F-35 联合攻击战斗机的垂尾、襟翼副梁， Lockheed Martin 公司也宣称，已在 F-35II 型战斗机上应用了900 多个增材制造的零件。不过，需要指出的

23、是，目前 Boeing 和 Lockheed Martin 公司在飞机上装机应用的增材制造零件主要还是非结构件。,3.3,发展历史,3.4,技术特点,随着新军事变革，航空装备要满足空军战略转型和空军建设的需求，其制造和维修保障能力必须与时俱进，而先进的装备制造和维修技术则是加快提升国家军事实力的重要因素。增材制造技术以其快速制造的优势，在2014年11月 美国防部年会设备展示会上，增材制造技术不但有一个专题研讨，还在其他多个专题中被提及，由此，其重要地位可见一斑。,所制造材料性能优异,1,8,在航空材料领域，目前已经取得了技术突破，使用微米级别的钛金属颗粒，而后均匀打造出产品，其构件的承载力等

24、力学性能就要比其铸造件强得多。其原因如下：,（1）零件具有晶粒细小、成分均匀、组织致密的快速凝固非平衡组织，综合力学性能优异。（2）从理论上说，零部件越多越不安全，结合部通常都是隐患。无缝连接作为增材制造技术的一大亮点，不仅减少了零部件的数量，简化了装配工作，提高了装备的生产质量，其安全性和可靠性也随之提高。,3.4,技术特点,降低设备的全寿命期成本。,2,8,采用本技术可以极大降低成本，王明华团队利用激光快速成形技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框，在此之前只有欧洲一家公司能够做，仅每件模具费就高达200万美元，而利用激光快速成形技术制作的零件成本不及模具的1/10。且维修方

25、便，基于金属增材制造的高性能修复技术保证航空构件的全寿命期的质量与成本。,3.4,技术特点,生产周期短,3,8,传统的制造工艺相当复杂，增材制造颠覆了传统制造的生产方式，它是一个材料逐层叠 加 的过程，这种数字化制造模式将车、铣、刨、钳等复杂工序省去，直接根据三维模型数据生成任何形状的产品，可以将许多组合部件集为一体，大大降低了制造工艺的复杂性。 如在C-919的制造中，现在仅需 55 天，中国就可以“打印出”C-919 客机的主风挡整体窗框。 欧洲一家飞机制造公司表示，他们生产同样的东西至少要两年。当然，他们使用是传统的生产飞机部件的方式。近净成形，只需一步完成；加工设计灵活度高，可以实现特

26、殊功能零部件的“原位”铸造等等。这样就大大降低了制造成本，提高了制造效率与加工质量。,3.4,技术特点,制造装备简单。,4,8,传统方法对制造技术及装备的要求高，通常需要大规格锻坯加工及大型锻造模具制造、万吨级以上的重型液压锻造装备，制造工艺相当复杂，生产周期长、制造成本高，例如，传统飞机钛合金大型关键构件的制造方法是锻造和机械加工，先要熔铸大型钛合金铸锭、锻造制坯、加工大型锻造模具，然后再用万吨级水压机等大型锻造设备锻造出零件毛坯，最后再对毛坯零件进行大量机械加工。整个工序下来，耗时费力，有的构件，光大型模具的加工就要用一年以上的时间，要动用几万吨级的水压机来工作，甚至还需要辅助设施。 增材

27、制造设备便于携带，甚至可以用于前沿阵地维修保障。增材制造设备不需要大型的辅助设备，体积小，占用空间少，设备移动调整方便，它可以不受场地和环境限制，甚至实现远程制造。只要有专用设备和适用的原材料，可以在任何地方实现生产。,3.4,技术特点,4.4,技术特点,3.4,技术特点,通过组合制造技术改造提升传统航空制造技术,5,8,将传统的数控机床立式加工设备进行升级，使其能够采用激光工程化净成形实现金属 3D 打印。该项目获得美国制造资助，由 Optomec 公司牵头，项目团队包括 Mach Motion 公司、Tech Solve 公司、洛克希德丁公司和美国陆军贝尼特实验室。 该项目通过采用模块化设

28、计方式，嵌入最新的控制系统、轨迹规划系统和质量监控系统，能将任意的数控机床升级使其具备 3D 打印功能， 从而经济有效地实现增材和减材制造工艺的结合。 从而经济有效地实现增材和减材制造工艺的结合。 该项目证明了美国制造有效加速增材制造技术向主流制造技术过渡的使命，这一成果将有望对制造业产生改变游戏规则的影响。 一台机床同时具备增材和减材功能，将极大地影响企业的加工能力和成本效益。 美国制造还将进一步讨论数控机床升级 3D 打印技术， 并探讨在车间集成先进增材制造技术的挑战机遇及长期影响。,3.4,技术特点,此外，本技术还可应用于机床的维修等，报废的零部件或者整机基本上作为废品处理，如此连锁损失

29、，造成了更大的浪费。本平台之 LCD技术是一种激光熔覆仿形修复技术，在钢铁行业用处极为广泛。采用 LCD 激光熔覆沉积技术，既能使失效或报废设备及零部件重新使用，又可以使新品延长使用寿命，甚至可以多次修复。据调查，宝钢、鞍钢、本钢、首钢、武钢、唐钢、太钢、攀钢、包钢，都对沉积技术非常感兴趣，有的已从中受益。,3.4,技术特点,可设计能力强,6,8,可以制造一些过去无法实现的航空功能结构，显著提升航空构件的效能，实现先进飞机结构的轻量化、紧凑性和多功能设计，,Air Bus 公司通过对飞机短舱铰链进行拓扑优化设计，使最终制造的零件减重 60% ，并解决了原有设计所存在的使用过程中高应力集中问题。

30、,3.4,技术特点,材料利用率高,7,8,材料利用率高，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克， 而实际成形零件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 90%，2010年，利用激光直接制造C919达中央翼根肋，传统锻件毛坯重达1607千克，而利用激光成形技术制造的精坯重量仅为136千克，节省了91.5%的材料，并且经过性能测试，其性能比传统锻件还要好。 另外传统飞机制造业不仅耗时久，而且浪费太多材料。一般只有 10%的原材料能被利用，剩下的在铸模、锻造、切割和抛光工序中就损失了。,3.4,技术特点,可制造材料种类多,8,8,除常见的P

31、LA，ABS等塑料材料外，在金属方面主要包括钛合金、镍基高温合金、不锈钢、合金钢及等难熔金属，现在常见的可制造材料为TC4，M100钢，TA15、TA12钛合金及Inconel 718合金材料。此外进行相关改装后还可以加工多种有机材料。,3.4,技术特点,3.5,增材技术的种类及介绍,经过短短42年的发展，其技术种类因其多种多样的出发点而种类繁多，而且，相似于电子行业的“摩尔定律”在每个月都会新的重大技术突破，如上个月22日，华中科技大学的张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”，相似于Sciaky的EBAM技术相似，但是有望改变国际上由西方国家领导的金属走丝3D打印格局。,3.5

32、,增材技术的种类及介绍,激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。,选区激光熔化技术SLM ( Selective Laser Melting),3.5,增材技术的种类及介绍,（1）成型能力强，可以实现力学性能优于铸件的高复杂性构件的直接制造，成形件的复杂性基本不受限制。加工死角位置可直接成形，避免加工残留，组件整体成形可减少连接结构数量，实现轻量化。可以制造传统方法无法成形的复杂

33、零件，对零件设计和实现结构优化意义重大。SLM 是三维打印家族中，在成形件的复杂程度方面，名列第一，可完成嵌套性、蜂窝性和三维曲线腔管性结构的成形。,选区激光熔化技术SLM ( Selective Laser Melting),3.5,增材技术的种类及介绍,（2）精度高，激光选区熔化成形技术通常采用粒径30m左右的超细粉末为原材料，图4为激光选区熔化成形技术制造钛合金零件所使用的TC4超细球形粉，通常铺粉厚度100m（最薄铺粉厚度可达20m），每个加工层控制的很薄，可达到30m。另外该技术还使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度（可达0.1mm）以及优异的表面质量（粗糙度Ra

34、可达3050m），图5为选区激光熔化成形TC4钛合金表面形貌。因此该技术具有精度高、表面质量优异等特点，制造的零件只需进行简单的喷砂或抛光即可直接使用。由于材料及切削加工的节省，其制造成本可降低20%40%，生产周期也将缩短80%。,选区激光熔化技术SLM ( Selective Laser Melting),3.5,增材技术的种类及介绍,（3）通常成形尺寸较小，只能进行单种材料的直接成形，目前成熟的商用化装备的成形尺寸一般小于 300 mm。（4）成型效率低，SLM 技术的沉积效率要比 LSF 技术低 1 2 个数量级，（5）利用率高，材料利用率很高，一般在 90% 以上，若设计和操作得当，

35、合格率几乎为 100% 。（6）材料上，目前激光增材制造对于铝、镁等一类低熔点高活性合金的成熟度还较低，较为成功的案例主要集中于 Al Si10Mg 合金的 SLM 成形。Al Si10Mg 合金相当于我国的 ZL104 合金。给出了 SLM 成形 AlSi10Mg 合金的力学性能。可以看到，SLM 成形 Al Si10Mg合金的力学性能远高于铸造 ZL104 合金 T6 态的力学性能。这一方面来源于 SLM 成形过程中 Al Si10Mg 合金的沉积组织相比铸态合金会显著细化，同时 SLM 成形过程中激光多层往复沉积的再热处理也使得合金在成形的同时还经受了充分的时效处理。（7）成型有保护气体

36、，成形环境一般为真空或保护气氛，避免成形件二次污染。（8）成形件的各项力学性能指标高于铸件，接近锻件。,3.5,增材技术的种类及介绍,电子束自由成形制造技术EBF3( Electron Beam Freeform Fabrication),3.5,增材技术的种类及介绍,选区激光熔化技术SLM ( Selective Laser Melting),3.5,增材技术的种类及介绍,激光选区熔化LCD( Laser Cladding Deposition),3.5,增材技术的种类及介绍,电子束熔化成形技术EBM( Electron Beam Melting),3.5,增材技术的种类及介绍,激光立体成形

37、技术LSF ( Laser Solid Forming),3.5,增材技术的种类及介绍,3.5,增材技术的种类及介绍,3.5,增材技术的种类及介绍,3.5,增材技术的种类及介绍,3.5,增材技术的种类及介绍,3.6,发展方向,3.6,发展方向,多种材料同时制造,CC3D公司可以连续打印多种材料碳纤维芳纶玻璃纤维纤维光学金属塑料光纤连续铜线材料多达16种不同材料,3.6,发展方向,完整产品一次性生产,3.6,发展方向,一次生产完整产品,3.6,发展方向,世界第三大国防承包商英国的BAE系统公司宣布他们正在开发一款基于化学反应的Chemputer，这款3D打印机可以在短短几天之内从无到有“生长”出高度先进的定制化无人机。BAE系统公司投资开发此项技术的目的是要在接近战场的地方迅速建立军事设备供给，并克服任何地理、技术或数字的劣势，Chemputer打印无人机的设想是功能性强，飞行速度快，超高高度以及快速反应，目的是要克服今天的军事环境的生产限制。打印产品也不仅仅局限于简单的产品，而是包括复杂的电子系统的生产。同时，打印材料是环保和可回收的，除了打印一架完整的无人机机身外，打印机也可以用于生产大型载人飞机的部件，这为此项技术走向民用打开了空间。,3.6,发展方向,致谢,谢谢,