激光增材制造的案例
航空航天高性能制造，激光增材制造技術(shù)大有可為
航空航天制造是當(dāng)今世界科技強國競相發(fā)展的重點方向之一，其發(fā)展離不開兼具輕量化、難加工、高性能等特征的航空航天金屬構(gòu)件。激光增材制造技術(shù)為高性能金屬構(gòu)件的設(shè)計與制造開辟了新的工藝技術(shù)途徑，可解決航空航天等領(lǐng)域發(fā)展過程中對材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及應(yīng)用等提出的新挑戰(zhàn)。近年來國內(nèi)外在激光增材制造的新材料制備、新結(jié)構(gòu)設(shè)計、高性能/多功能構(gòu)件形性調(diào)控、航空航天應(yīng)用等方面取得了顯著的研究進(jìn)展。
研制新型高性能材料是激光增材制造構(gòu)件力學(xué)性能及應(yīng)用水平提升的基礎(chǔ)保障
金屬激光增材制造過程中易出現(xiàn)孔隙、裂紋、氧化夾雜、熔體球化與飛濺等一系列冶金缺陷，這是由材料的物理和化學(xué)特性本質(zhì)決定的。缺陷會顯著降低激光增材制造構(gòu)件成形性能。以鋁合金為例，其特殊性質(zhì)（低密度、低激光吸收率、高熱導(dǎo)率及易氧化性等）決定了其是激光增材制造的典型難加工材料。很多高性能合金較難通過激光增材制造工藝獲得預(yù)期的高性能，主要是因材料的成分物性等參數(shù)并非專門為激光增材制造而設(shè)計，難以適用于激光快速熔化凝固過程及高度非平衡冶金熱力學(xué)和動力學(xué)行為。
專用面向激光增材制造的Al-Mg-Sc-Zr合金可原位生成Al3(Sc,Zr)納米彌散強化相，成形件抗拉強度高于500 MPa，延伸率超過10%。新型研發(fā)的激光增材制造Ti-Cu合金可獲得細(xì)小等軸β-Ti晶粒，并具有很高的化學(xué)成分均勻性，成形件兼具高抗拉強度（867±8 MPa）和延伸率（14.9±1.9%），如圖1所示。
展開 拓?fù)鋬?yōu)化與激光增材制造的完美結(jié)合挖掘輕量化結(jié)構(gòu)的新潛力
激光增材制造的顯著優(yōu)勢在于，它在本質(zhì)上是一種基于粉末的方法，這一方法能夠重復(fù)利用高達(dá) 95％的未用材料。相比之下，銑削等傳統(tǒng)制造方法的材料浪費率則高達(dá) 98%。
該制造方法的另一大優(yōu)勢在于，這種方法制造的部件采用近凈成形技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，通常無需后續(xù)的精加工步驟，但對精度及裝配要求較高的結(jié)構(gòu)通常仍需要傳統(tǒng)的精加工步驟。
此外，激光增材制造能夠在部件中實現(xiàn)功能集成，這不但有助于縮短生產(chǎn)和裝配時間，而且還能提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于部件是逐層進(jìn)行生產(chǎn)，因此也無需使用制模設(shè)備。它可以在單個制造流程中生產(chǎn)出形狀迥異的多種部件。
TiLight 研究項目明確展示了將拓?fù)鋬?yōu)化與激光增材制造相結(jié)合的可行性及其帶來的優(yōu)勢。并且，由于開發(fā)了最佳實踐流程鏈，這令對模型和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化成為可能。這些幾何結(jié)構(gòu)以自然結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，有助于充分挖掘組合方法所帶來的輕量化潛力。研究結(jié)果還表明，激光增材流程能夠或多或少地減少對制造能力的限制，只有在使用優(yōu)化工具和特別適用于該制造方法的開發(fā)流程時，才能充分發(fā)揮激光增材制造的優(yōu)勢。另一方面，理想優(yōu)化結(jié)果帶來的副作用，如幾乎無法以傳統(tǒng)制造方法進(jìn)行生產(chǎn)的載荷特定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可借助激光增材制造方法進(jìn)行彌補。
優(yōu)化、生物結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及激光增材制造的相互結(jié)合，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和效率優(yōu)勢，尤其是在重量直接影響產(chǎn)品性能的航空等領(lǐng)域更是如此。
TiLight的后續(xù)項目仍在進(jìn)行，重點在于確定該項目的不足之處或其他未決問題。后續(xù)項目將進(jìn)一步完善TiLight項目所開發(fā)的設(shè)計方法并對其制造限制加以研究。TiLight項目的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，被眾多不同的企業(yè)所應(yīng)用。
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而這要歸功于 OptiStruct 給予我們的幫助，這款工具幫助我們開辟了新的思路，使我們能夠通過設(shè)計方法和制造流程充分挖掘輕量化的潛力。
激光增材制造采用激光逐層地掃描堆積的金屬粉末，使金屬粉末選擇性地熔化。采用這種方式，可以對優(yōu)質(zhì)鋼、工具鋼、鋁或鈦合金等工藝金屬進(jìn)行加工。原始材料的機(jī)械屬性將被保留。激光增材制造的顯著優(yōu)勢在于，它在本質(zhì)上是一種基于粉末的方法，這一方法能夠重復(fù)利用高達(dá) 95％的未用材料。相比之下，銑削等傳統(tǒng)制造方法的材料浪費率則高達(dá) 98%。
該制造方法的另一大優(yōu)勢在于，這種方法制造的部件采用近凈成形技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，通常無需后續(xù)的精加工步驟，但對精度及裝配要求較高的結(jié)構(gòu)通常仍需要傳統(tǒng)的精加工步驟。
此外，激光增材制造能夠在部件中實現(xiàn)功能集成，這不但有助于縮短生產(chǎn)和裝配時間，而且還能提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于部件是逐層進(jìn)行生產(chǎn)，因此也無需使用制模設(shè)備。它可以在單個制造流程中生產(chǎn)出形狀迥異的多種部件。
TiLight 研究項目明確展示了將拓?fù)鋬?yōu)化與激光增材制造相結(jié)合的可行性及其帶來的優(yōu)勢。并且，由于開發(fā)了最佳實踐流程鏈，這令對模型和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化成為可能。這些幾何結(jié)構(gòu)以自然結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，有助于充分挖掘組合方法所帶來的輕量化潛力。研究結(jié)果還表明，激光增材流程能夠或多或少地減少對制造能力的限制，只有在使用優(yōu)化工具和特別適用于該制造方法的開發(fā)流程時，才能充分發(fā)揮激光增材制造的優(yōu)勢。另一方面，理想優(yōu)化結(jié)果帶來的副作用，如幾乎無法以傳統(tǒng)制造方法進(jìn)行生產(chǎn)的載荷特定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可借助激光增材制造方法進(jìn)行彌補。
優(yōu)化、生物結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及激光增材制造的相互結(jié)合，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和效率優(yōu)勢，尤其是在重量直接影響產(chǎn)品性能的航空等領(lǐng)域更是如此。
展開 激光增材制造仿真過程分析
摘 要：針對激光增材制造過程, 采用仿真的方式獲取加工過程中各參量隨時間變化的情況。建立了高斯熱源的模型, 主要分析了激光掃描過程中材料的溫度、不同方向的溫度梯度、不同方向的變形量、正應(yīng)力和屈服應(yīng)力, 最后分析了冷卻后的溫度、變形和應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明:薄壁框由于各方向與空氣接觸面積大小不同, 冷卻的溫度梯度差別大;各方向剛度不同, 會導(dǎo)致變形量不同, 從而對應(yīng)力的分布造成影響;激光對已成形部分的影響主要位于前幾個掃描周期, 影響程度隨熔池與該節(jié)點的距離增大而快速減小;最大單向變形約為2. 5 mm, 最大殘余應(yīng)力約為560 MPa。
關(guān)鍵詞：增材制造;仿真;溫度;應(yīng)力分布;變形;
增材制造是當(dāng)今制造領(lǐng)域的一個熱點問題[1], 然而, 由于實際加工中工藝的限制, 在材料、幾何形狀、公差、殘余應(yīng)力及強度方面生產(chǎn)的制件并不總是可使用的。因此, 在實際加工前采用仿真的方式預(yù)演是非常必要的[2,3]。
作為新型制造方法的代表, 增材制造技術(shù)提供了生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀的能力, 例如內(nèi)部特征, 這些內(nèi)部特征難以通過其他任何工藝來創(chuàng)造;然而, 表面質(zhì)量和精度嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展, 調(diào)整參數(shù)過程耗時耗力[4]。Srikanth等[5]采用2D非線性有限元的方式對激光增材制造仿真的溫度場進(jìn)行了仿真, 隨后又針對3D結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的仿真, 分析了不同的激光功率和掃描速度對溫度場及其溫度梯度的影響[6]。Zhao等[7]通過ABAQUS仿真發(fā)現(xiàn)激光沉積區(qū)域能夠限制基材的塑性變形和材料交界處的正應(yīng)力。Zhou等[8]提出了一個完整的增材制造模型, 包含了模型設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化、軌跡規(guī)劃和能量及材料消耗, 并且通過閉環(huán)反饋進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化。
展開 
中南大學(xué)李瑞迪教授：增材制造高強度鋁合金粉末成分設(shè)計、制備與應(yīng)用
以探月、火星探測、空間站建設(shè)等為代表的我國航天事業(yè)正蓬勃發(fā)展，針對航空航天領(lǐng)域三類典型應(yīng)用材料（即鋁、鈦、鎳基合金及其金屬基復(fù)合材料）、四類典型結(jié)構(gòu)（大型金屬結(jié)構(gòu)、復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)、輕量化點陣結(jié)構(gòu)、多功能仿生結(jié)構(gòu)等），鋁合金激光增材制造（SLM） 完美契合，有望成為下一代運載火箭、衛(wèi)星等核心零部件成形的關(guān)鍵技術(shù)。因此，開發(fā)出新一代增材制造高強鋁合金，已經(jīng)成為當(dāng)前航天增材領(lǐng)域亟待完成的一個重要基礎(chǔ)研究任務(wù)。
▲SLM機(jī)理（圖片來源：楊永強等.金屬零件激光選區(qū)熔化3D打印裝備與技術(shù)）
基于粉床自動鋪粉的選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)利用高能激光熔化處于松散狀態(tài)的粉末薄層（厚度通常為20～50μｍ），基于粉床逐層精細(xì)鋪粉、激光逐層熔凝堆積的方式，成形任意復(fù)雜形狀的高致密度構(gòu)件。SLM技術(shù)成形精度高，對特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如懸垂結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、復(fù)雜曲面、空間點陣等）制造的適用程度高，其發(fā)展方向是實現(xiàn)中小型復(fù)雜構(gòu)件直接精密凈成形，為高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)件的低成本、短周期、凈成形制造提供一體化解決方案。
對于激光增材制造而言，鋁基材料是典型的難加工材料，這是由其特殊的物理性質(zhì)（低密度、低激光吸收率、高熱導(dǎo)率及易氧化等）決定的。從增材制造成形工藝角度看，鋁合金的密度較小，粉體流動性相對較差，在SLM成形粉床上鋪放的均勻性較差，故對激光增材制造裝備中鋪粉系統(tǒng)的精度及準(zhǔn)確性要求較高。未熔化前，鋁對CO2激光的初始吸收率僅為９％，而其熱導(dǎo)率高達(dá)237Ｗ/（ｍ·Ｋ），為鐵的3倍、鈦的16倍，通常的低功率CO2激光難以使鋁粉體發(fā)生有效熔化。
展開 顧冬冬教授在增材制造領(lǐng)域獲重要進(jìn)展
高性能金屬構(gòu)件多服役于極端嚴(yán)苛環(huán)境，故對構(gòu)件的選材、制造工藝、性能/功能均提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。激光增材制造（3D打?。┘夹g(shù)是當(dāng)前世界科技強國競相發(fā)展的一項戰(zhàn)略性關(guān)鍵核心技術(shù)，可滿足現(xiàn)代工業(yè)對難加工金屬構(gòu)件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。激光增材制造逐點逐域的局部成形特性，決定了工藝過程和成形性能涉及宏觀–介觀–微觀至少6個數(shù)量級的大跨尺度形性協(xié)調(diào)，這是其核心科學(xué)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)增材制造遵循典型的“串聯(lián)式路線”，即結(jié)構(gòu)設(shè)計–材料選擇–加工工藝–實現(xiàn)性能；但因材料、結(jié)構(gòu)和工藝等多因素耦合規(guī)律復(fù)雜，激光增材制造精確成形需反復(fù)試錯，造成金屬構(gòu)件高性能目標(biāo)實現(xiàn)困難。
為對應(yīng)上述挑戰(zhàn)，本文提出了“材料–結(jié)構(gòu)–性能一體化增材制造”（MSPI-AM）這一整體性概念，其概念性創(chuàng)新在于：變革傳統(tǒng)的串聯(lián)式增材制造路線，發(fā)展新的材料–結(jié)構(gòu)–工藝–性能一體化“并行模式”，在復(fù)雜整體構(gòu)件內(nèi)部同步實現(xiàn)多材料設(shè)計與布局、多層級結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與打印，以主動實現(xiàn)構(gòu)件的高性能和多功能。
展開 華曙高科多激光金屬增材制造成功之道
下圖為FS621M-四激光設(shè)備的搭接測試包。
FS621M-4激光搭接性能測試包 材料GH3536 層厚0.06mm 打印時長25h32min
打印態(tài)性能測試結(jié)果（平均值）如下：
從測試結(jié)果看，搭接區(qū)域與非搭接區(qū)域樣條性能基本一致。
多激光3D打印系統(tǒng)是面向高效率、大尺寸及批量制造的解決方案之一，也是粉末床激光成型工藝發(fā)展的新趨勢，它意味著可以給客戶提供高效率、低成本的解決方案，也為3D打印技術(shù)在更多行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
華曙高科堅持自主研發(fā)與創(chuàng)新，全面攻克了多激光增材制造系統(tǒng)中存在的多個激光之間的激光一致性問題、掃描振鏡搭接校準(zhǔn)問題、搭接穩(wěn)定性問題以及多激光掃描任務(wù)分配問題等諸多難題，并在產(chǎn)業(yè)化客戶處實現(xiàn)了多臺多激光設(shè)備的裝機(jī)驗證，設(shè)備所打印的零部件成功通過航空航天領(lǐng)域相關(guān)嚴(yán)苛測試標(biāo)準(zhǔn)并通過最終的驗收，這標(biāo)志著華曙高科的多激光增材制造技術(shù)成功走向產(chǎn)業(yè)化。
今天全球3D打印實時快訊
展開 深度揭秘華曙高科多激光金屬增材制造成功之道
、超大型金屬3D打印的時代已經(jīng)到來
2.專題：金屬3D打印企業(yè)（產(chǎn)品）差異化競爭的六個實例
3.從有需求、無設(shè)備，到打印全球最大火箭燃燒室，成就航天，也成就3D打印行業(yè)
4.中國財經(jīng)報：增材制造強力賦能制造強國建設(shè)
新的理論模型，可預(yù)測激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度
激光熔覆包括將熔融金屬沉積在相對冷的鋼基板上，產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布。
基于熱機(jī)械性能的理論模型（通常使用）被證明高估了拉伸殘余應(yīng)力并低估了基材和界面中的壓縮殘余應(yīng)力。
該團(tuán)隊使用印度理工學(xué)院的表面X射線衍射測量一個方向的殘余應(yīng)力。然而，重要的是進(jìn)行獨立的完全非破壞性的體積測量，以驗證內(nèi)部測量程序。
兩種衍射技術(shù)都表明在熔體前沿附近存在拉伸殘余應(yīng)力，在沉積層和界面區(qū)域中存在壓應(yīng)力。
“了解應(yīng)力并能夠預(yù)測它們對于增材制造行業(yè)非常重要。驗證模型非常有益，因為使用該模型進(jìn)一步優(yōu)化制造過程將具有成本效益并節(jié)省時間，”Paradowska說。Paradowska是Mark Reid博士的論文的共同作者
“該模型允許您計算激光位置速率，以達(dá)到特定的沉積高度，同時最大限度地減少有害應(yīng)力的影響，并最大化有益的壓縮應(yīng)力?！?該研究的作者建議展示一種科學(xué)的技術(shù)解決方案，可以提高激光增材制造的元件的質(zhì)量，安全性和經(jīng)濟(jì)性。
展開 comsol激光增材制造資源互換
本人激光增材制造仿真研究生一枚，想和一同做該領(lǐng)域的研友共同進(jìn)步。自己也積累了一些模型和資料。有需求的咱們資源互換共同進(jìn)步！
上海探真曾曉雁：激光金屬增材技術(shù)是航空航天領(lǐng)域中的變革性技術(shù)
南極熊導(dǎo)讀：上海電氣控股的上海探真激光，正逐步成為國內(nèi)金屬3D打印的新生力。上海電氣內(nèi)部也將金屬3D打印用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等核心零部件的制造。
2021年10月14日至15日，由上海市增材制造協(xié)會、中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機(jī)制造有限責(zé)任公司聯(lián)合主辦的“中國航空航天增材制造技術(shù)發(fā)展論壇”在上海滴湖舉辦。上海探真激光首席科學(xué)家、華中科技大學(xué)教授曾曉雁在本次論壇上發(fā)表了題為“激光增材制造金屬零部件：航空航天工業(yè)中變革性的智能制造技術(shù)”的主旨報告。
△上海探真激光首席科學(xué)家、華中科技大學(xué)教授曾曉雁
曾教授在報告中介紹了激光選區(qū)熔化增材制造技術(shù)與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、激光增材制造技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)等內(nèi)容。
通過對電弧熔絲、電子束熔絲、電子束選區(qū)熔化、激光直接成形、激光選區(qū)熔化五種常用的金屬增材制造技術(shù)的對比，曾教授認(rèn)為激光選區(qū)熔化（SLM）過去是、未來依然是最主流的金屬零部件增材制造技術(shù)。
對比來看，激光選區(qū)熔化具有諸多的優(yōu)勢，比如打印精度高、后續(xù)機(jī)加工量小等。但同時也存在一些缺點，比如打印速度慢、成形尺寸小等。為了解決這些問題，SLM技術(shù)與裝備正朝著大尺寸成形缸、多光束同時成形方向發(fā)展。
金屬3D打印設(shè)備主要的技術(shù)路線包括以下三種：
長焦距f-θ場鏡；
單臺激光振鏡沿著不同加工區(qū)域移動；
多鏡拼接并行掃描——成為大尺寸SLM成形技術(shù)裝備的主流方向
為了解決上述技術(shù)問題，2015年，華中科技大學(xué)在國際上率先研制出四激光束SLM原型設(shè)備；2018年，上海探真將相關(guān)技術(shù)發(fā)揚光大，開發(fā)出尺寸更大的SLM裝備。
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3D打印讓國產(chǎn)發(fā)動機(jī)更進(jìn)一步
北航王華明院士團(tuán)隊還對激光增材制造雙性能整體葉盤技術(shù)后續(xù)熱處理技術(shù)進(jìn)行了深入研究，經(jīng)特殊熱處理后其塑性變形抗力尤其是抵抗裂紋擴(kuò)展能力極其優(yōu)異，與傳統(tǒng)鍛造鈦合金相比，其疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值提高了61%，而疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低一個數(shù)量級以上。隨著激光增材制造雙性能整體風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)葉盤技術(shù)的逐漸成熟，高溫合金輪 盤增材制造技術(shù)有可能成為王華明院士團(tuán)隊下一個重點攻克的技術(shù)難點，有望為我國航空發(fā)動機(jī)技術(shù)趕超發(fā)達(dá)國家做出新的貢獻(xiàn)。
金屬增材制造數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展
金屬增材制造是增材制造技術(shù)中發(fā)展最為迅速的分支，現(xiàn)已廣泛運用于航空航天、能源動力等領(lǐng)域，發(fā)展相關(guān)的數(shù)值模擬技術(shù)對深入理解其復(fù)雜物理過程與優(yōu)化工藝參數(shù)具有重要的學(xué)術(shù)及工程意義。
與傳統(tǒng)減材制造（切削、磨削等）和等材制造（鑄造、鍛壓等）的材料加工方式不同，金屬增材制造依據(jù)三維計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）數(shù)據(jù)，通過光源或高能熱源等將離散材料（粉材、絲材等）逐層累積制造實體構(gòu)件，是一種自下而上疊加材料成形的“自由制造”過程，有望成為實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)等高端工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)跨代提升的一條關(guān)鍵技術(shù)途徑。
金屬增材制造仿真概述
根據(jù)材料進(jìn)給方式，金屬增材制造技術(shù)主要可分為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩大類，前者包括激光選區(qū)熔融技術(shù)和電子束選區(qū)熔融技術(shù)等，后者包括激光送粉增材制造技術(shù)、電子束送絲增材制造技術(shù)和電弧送絲增材制造技術(shù)等（見圖1）。然而，現(xiàn)階段金屬增材制造技術(shù)在構(gòu)件成形精度和力學(xué)性能等方面仍存在不足,成為制約其廣泛工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。主要原因在于金屬增材制造涉及到材料受熱熔化、熔池流動凝固、微觀組織形成和內(nèi)應(yīng)力/應(yīng)變演化等，是一個十分復(fù)雜的多尺度多物理場耦合過程，冶金缺陷形成機(jī)理、微觀組織演化規(guī)律、零件翹曲變形與開裂預(yù)測、表面質(zhì)量和成形尺寸精度控制等基礎(chǔ)問題尚未得到完全突破。單純依靠試驗測試技術(shù)開展增材制造過程中的微觀尺度觀測，存在著穩(wěn)定性/可重復(fù)性差、分辨率/可觀測區(qū)域受限等不足，同時由于工藝所涉及參數(shù)量巨大，使得“試錯法”探究最優(yōu)工藝參數(shù)窗口存在效率低、周期長和代價高昂等缺點。
近年來，數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展為金屬增材制造復(fù)雜物理過程的深入理解和工藝條件優(yōu)化提供了有力工具。
展開 金屬增材制造工藝的發(fā)展與技術(shù)綜述
摘要
如今，客戶的需求是動態(tài)變化的，行業(yè)正朝著定制化的終端用戶產(chǎn)品的制造方向發(fā)展，市場的波動非常難以預(yù)測。這要求生產(chǎn)行業(yè)轉(zhuǎn)向瞬時產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略，即在最短的交貨時間內(nèi)交付產(chǎn)品，而不損害質(zhì)量和準(zhǔn)確性。直接金屬沉積就是這樣一種不斷發(fā)展的增材制造技術(shù)，它的應(yīng)用范圍從快速成型到實時工業(yè)部件的生產(chǎn)。
此外，該工藝非常適合即時制造，即按需生產(chǎn)零件，同時提供降低成本、能源消耗和碳足跡的潛力。這種先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展大大減少了制造約束，大大提高了產(chǎn)品的多功能性。本文從粉末床融合和金屬直接沉積兩方面對金屬增材制造(MAM)技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)進(jìn)行了綜述。此外，本文還對金屬增材制造的各種變體及其工藝機(jī)理、優(yōu)缺點和應(yīng)用進(jìn)行了探討。最后采用時間成本三角法分析了工藝的效率，并對其機(jī)械性能進(jìn)行了綜合比較。該檢討將增進(jìn)對MAM的基本認(rèn)識，從而擴(kuò)大研究和發(fā)展的范圍。
1.介紹
在20世紀(jì)80年代早期，第一種以逐層制造技術(shù)創(chuàng)建三維物體的形式被開發(fā)出來，這被稱為快速原型(RP)。固體、液體和粉末是主要用于快速成型的三種原材料的變體。隨著材料用途的擴(kuò)大，AM工藝的多樣化應(yīng)用導(dǎo)致了金屬零件的直接制造，同時滿足了客戶在幾何精度和物理機(jī)械性能方面的要求。高精度、高精度的復(fù)雜零件幾何形狀的加工是定制零件生產(chǎn)的關(guān)鍵。為了解決這一問題，一種名為金屬增材制造(MAM)的新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用，為制造領(lǐng)域帶來了廣泛的新可能性。此外，最近在建?？茖W(xué)，制造和材料加工導(dǎo)致AM的重點從快速成型轉(zhuǎn)向直接生產(chǎn)金屬零件。
20世紀(jì)80年代初，CarlDeckard開發(fā)并申請專利的選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)，可以打印出使用多種材料的物體，如塑料、玻璃、陶瓷，甚至金屬，被稱為直接金屬激光燒結(jié)。這使得它成為原型和最終產(chǎn)品生產(chǎn)的流行過程。在20世紀(jì)90年代后期，激光燒結(jié)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于直接制造金屬零件。
展開 尋找增材制造的那根肋骨—DfAM與工藝仿真之路
同樣，作為面向增材設(shè)計工程師的Workbench Additive通過熱力耦合算法，可以對打印過程、熱處理過程的溫度變形和殘余應(yīng)力及增材制造對應(yīng)的相關(guān)后處理工序：去基板及去支撐過程的變形及殘余應(yīng)力進(jìn)行有效預(yù)測，且能與拓?fù)鋬?yōu)化形成無縫流程，幫助工程師們完成DfAM增材制造設(shè)計一體化流程。
04結(jié) 語
盧秉恒院士在《增材制造技術(shù)——現(xiàn)狀與未來》一文中提出: 建立“應(yīng)用發(fā)展為先導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動、產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)”的研究發(fā)展思路，以推進(jìn)增材制造技術(shù)的發(fā)展，為創(chuàng)新型國家建設(shè)提供有力支撐。借工藝仿真的力量，DfAM增材制造一體化流程得以更加完整，從制造過程的物性變化到復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形風(fēng)險控制，一件合格的產(chǎn)品，從設(shè)計到打印，乃至大批量增材制造零件的生產(chǎn), 仿真都不能缺席。
作者：張圓，激光增材制造方向工學(xué)碩士，安世亞太DfAM賦能業(yè)務(wù)部增材工藝仿真工程師，擅長金屬增材工藝仿真及航空航天類零件增材工藝研發(fā)。
增材思維，數(shù)智未來
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