智能制造-增材制造技术

一、起源及原理原理：其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步。三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维软件中对所制作产品进行建模，因此3D打印需计算机辅助设计(CAD)技术的参与；在三维建模完成后，打印机将三维数据分割为二维数据；通过打印设备逐层进行打印；打印好的三维产品要经过后处理才能出厂或使用，后处理工艺一般包括剥离、固化、修整、上色等。采用增材制造生产的汽车、鞋子二、主要方法及优势主要方法基本材料选择性激光烧结（selective

laser

sintering，SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末直接金属激光烧结（Direct

metal

laser

sintering，DMLS）几乎任何合金熔融沉积成型（fused

deposition

modeling，FDM）热塑性塑料,共晶系统金属、可食用材料立体平版印刷（stereolithography，SLA）光硬化树脂（photopolymer）数字光处理（DLP）液态树脂熔丝制造（Fused

Filament

Fabrication，FFF）聚乳酸（PLA）、ABS树脂融化压模（Melted

and

Extrusion

Modeling，MEM）金属线、塑料线分层实体制造（laminated

object

manufacturing，LOM）纸、金属膜、塑料薄膜电子束熔化成型（Electron

beam

melting，EBM）钛合金选择性热烧结（Selective

heat

sintering，SHS）Thermoplastic

powder二、主要方法及优势制造复杂物品。（目前已显现）产品多样化不增加成本。生产周期短。（最大的优点）无需采用模具。不占空间、便携制造。（战场、灾区）节省材料。SLSCast增材制造大型复杂发动机零部件，不需要模具，避免组装可一次成型复杂部件，大大提高了工作效率。三、国内发展现状2013年4月中国科技部最近公布了《国家高技术研究发展计划（863计划）》作为未来最重要的技术之一，3D打印首次入选。2015年2月11日，工业和信息化部、发展改革委、财政研究制定了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》2015年5月18日，国务院正式发布了《中国制造2025规划》，作为中国版的“工业4.0计划”，规划中多次提到了对增材制造等前沿技术和装备的研发。国务院总理李克强主持国务院3D打印专题讲座三、国内发展现状编号单位代表人物专业

工艺产品国家认可1

北航

王华明铸造

激光材料

熔融航空部件国家技术发明奖一等奖2华中科大史玉升

材料激光烧结航空部件、汽车部件、骨骼、牙齿国家技术发明奖二等奖3西北工大黄卫东铸造激光熔融航空部件C919应用4清华颜永年机械容积成型塑料5西安交大卢秉恒机械光固化树脂、骨骼、芯片院士国内增材制造主要研究机构三、国内发展现状1、北航王华明团队该团队从事高性能金属材料快速凝固激光制备与大型金属构件激光直接制造技术等方面的研究，以激光为热源，以钛合金粉末为填充材料，增材制造出航空结构件，其成果在C919上取得了良好的应用。技术原理示意图及成形部件三、国内发展现状2、华科史玉升团队华中科技大学史玉升教授的研究团队开发的1.2米×1.2米的"立体打印机"，是目前世界上最大成形空间的快速制造装备。3、西工大黄卫东团队该团队采用激光增材制造技术成形出C919中央翼缘条，长度超过3米，成形出飞机主承力梁长度5米，为C919首飞做出了突出贡献。增材制造C919结构件三、国内发展现状4、华科张海鸥团队华中科技大学张海鸥教授的研究团队主要研究电弧增材制造，以焊枪和基板之间产生的电弧为热源，在高纯氩气的保护下融化不断送进的金属丝材进行增材制造，并在堆积过程中用微型辊进行热机械加工，这样可以成形出性能优越的大型结构件。成形原理及成形的大型构件四、国外发展现状2012年3月，美国白宫宣布振兴美国制造的新举措，将投资10亿美金帮助美国制造体系的改革，鼓励优先发展增材制造为代表的数字化制造技术；在全国范围筹建多个研究所与企业联盟。英国政府自2011年开始持续增大对增材制造技术的研发经费，目前已在多个大学建立了增材制造研究中心。德国建立了直接制造研究中心，主要研究和推动增材制造技术在航空航天领域中结构轻量化方面的应用。日本一直重视增材制造技术，研制和应用水平走在了亚洲前列。四、国外发展现状1、德国EOS公司该公司开发的选区激光烧结（SLS）增材制造装备可成形传统工艺（注塑、挤塑）难加工的耐高温塑料。利用基于粉材的激光烧结工艺可成形复杂高精度零部件，力学性能较尼龙等塑料高出1倍（拉伸强度达95MPa，杨氏模量达4400MPa）SLS增材制造出的复杂结构件四、国外发展现状2、德国Frauhofer研究所2002年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成功，可一次性地直接制造出完全致密性的零件。利用高亮度激光直接熔化金属粉末材料，无需粘结剂，由

3D模型直接成形出与锻件性能相当的任意复杂结构零件，其零件仅需表面光整即可使用。技术原理图四、国外发展现状3、美国AeroMet公司该公司以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技术为代表，已应用于机械、能源、船舶等领域核心、高附加值零部件的快速修复。其技术应用于F15等战斗机机翼梁修复。4、英国Rolls-Royce公司该公司采用增材制造技术进行航空发动机叶片修复，实现了高性能、高效率和低成本修复和再制造。五、应用与展望3D打印应用领域食品产业医疗行业科学研究汽车制造业建筑设计产品模型五、应用与展望

世界上第一辆“3D打印”赛车“阿里翁”，已在德国的霍根海姆赛道完成测试，时速达141公里。

借助3D打印技术，一只生活在3.9亿年前浑身尖刺、全身硬甲覆盖的软体动物近日再次展现在人们眼前。赛车“阿里翁”3D打印远古生物五、应用与展望

美国一家儿科医学中心利用3D打印技术成功制造出全球第一颗人类心脏，这颗用塑料打印出的心脏可以像正常人类心脏一样正常跳动。外科医生能够利用3D打印心脏来练习复杂的手术。

12名耶鲁学生和他们的教授一起，通过3D打印，重建古罗马城市景观。人工打印心脏古罗马城市模型五、应用与展望发展趋势展望

技术上：从快速成型、工艺辅助等间接制造发展为零部件直接制造，新材料、新器件、新产品不断出现；

设备上：向产品化、系列化和专业化方向发展；从科研和工业等高端型向办公和个人消费等大

众化型拓展；

产业上:形成了集装备、材料、软件、服务于一体的的产业链，初具产业规模；应用上：多学科交叉，应用领域不断扩大。五、应用与展望我国尚需突破的瓶颈

机理上：在基础理论与成形机理研究方面，我国在一些局部点上开展研究，但国