先进成形与智能技术 课件 第六章-增材制造技术

6.3增材制造技术技术概述与核心工艺解析战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.1增材制造技术概述减材制造车、铣、刨、磨等锻造、锻压、注塑等等材制造激光粉末床熔融等增材制造铣削激光增材锻压6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.1增材制造技术概述等材/减材工艺增材制造过程受限于刀具/模具，复杂形状小批量定制困难增材制造——适用于复杂形状、小批量定制丝材液材片材粉材6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.1增材制造技术概述增材制造依据三维计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）模型数据，通过数字驱动逐层堆积的方式将粉材、丝材、液材和片材等各种形态的材料成形为三维实体。6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.1增材制造技术概述1.增材制造技术的内涵增材制造具有数字化、智能化的特征，其工作阶段分为数据处理过程和叠层制作过程。对三维CAD模型进行平面或曲面分层“切片”处理，将三维CAD数据分解为若干二维数据。数据处理过程依据分层的二维数据，采用某种工艺制作与数据分层厚度相同的薄片实体，将每层薄片叠加起来，构成三维实体，从而实现从二维薄片到三维实体的成形。叠层制作过程6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2.增材制造技术的发展6.3.1增材制造技术概述技术设备出现021986年：美国工程师赫尔（CharlesW.Hull）发明了光固化成形技术，获得专利。1989年-德克萨斯大学的卡尔·德克（CarlDeckard）-激光选区烧结1989年-斯科特·克拉姆普（ScottCrump）-熔融沉积成形（1992年，Stratasys公司获得专利）赫尔的光固化工作原理示意图CharlesW.Hull概念雏形初现0120世纪80年代，起源于日本、美国等国016.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2.增材制造技术的发展6.3.1增材制造技术概述快速发展阶段2000年代开始，在航空航天、医疗等制造领域开始应用金属增材制造技术开始兴起并快速发展增材制造不再仅限于快速原型制造，而是逐渐用于小批量生产和定制化生产036.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.1增材制造技术概述3.增材制造技术的典型工艺工艺类型工艺说明主要工艺技术名称粉末床熔融（PowderBedFusion）热能选择性地熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺激光粉末床熔融（LPBF）；激光粉末床烧结（LPBS）；电子束粉末床熔融（EBPBF)定向能量沉积(Directed

EnergyDeposition)聚焦热能将材料同步熔化沉积的增材制造工艺激光近净成形（LENS)，亦称激光立体成型(LSF)；电子束熔丝沉积（EBDM)；电弧熔丝增材制造（WAAM）立体光固化（VATPhotopolymerization）光致聚合作用选择性地固化液态光敏聚合物的增材制造工艺光固化成形（SLA）粘接剂喷射（BinderJetting）选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末材料的增材制造工艺三维立体打印（3DP)材料挤出（MaterialExtrusion）通过喷嘴或孔口挤出材料的增材制造工艺熔融沉积成形（FDM）材料喷射（MaterialJetting）微滴形式的材料按需喷射沉积的增材制造工艺材料喷射成形（PJ）薄材叠层（SheetLamination）薄层材料逐层粘结以形成实物的增材制造工艺层压物体制造（LOM）、超声波增材制造(UAM）6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.2金属材料增材制造技术1~2.粉末床熔融增材制造技术铺粉熔化/烧结特定区域工作台下降一层成形构件激光束电子束6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.2金属材料增材制造技术3.激光近净成形技术激光近净成形技术原理图原理：把粉末状或丝状金属材料同步地送进激光辐照在基材上形成的移动熔池中，把所送进的金属材料以冶金结合的方式添加到基材上6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.2金属材料增材制造技术4.电弧增材制造技术电弧增材制造技术原理示意图原理：利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护、电弧为热源，通过熔化金属丝材，根据三维数字模型由线—面—体逐渐成形出金属实体构件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.2金属材料增材制造技术其他金属材料增材制造技术增减材复合制造微铸锻技术材料喷射粘结剂喷射通过对电弧增材制造制备的构件进行二次微区锻造在同一装备上完成构件增材制造成形与减材粗、精加工材料滴被选择性地沉积在固化板上并固化通过喷射粘结剂在粉末材料上逐层构建物体的技术6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.3金属材料增材制造技术的应用1.增材制造先进材料与结构增材制造技术正向“材料-结构-功能”一体化制造的方向发展增材制造可以制造具有复杂胞元结构的多孔材料，也可制备具有良好吸能、散热等功能性的特殊结构，如轻量化多孔夹芯材料、模具散热流道，同时实现结构件整体力学性能的定制化调控0102材料结构功能6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.3.3金属材料增材制造技术的应用2.增材制造的典型应用航空航天领域对结构件提出了如下要求：轻量化、整体化、长寿命、高可靠性、结构功能一体化、低成本运行。而增材制造技术可满足这些要求。GE公司航空发动机燃料喷嘴减少装配工作、减重25%6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.4.2金属材料增材制造技术的应用2.增材制造的典型应用增材制造技术可以直接将三维模型转化为现实的产品，适合制作小批量定制化及复杂形状的产品。由于人体的个体差异，假肢、助听器等辅助器械及外科植入物等对个性化定制的要求很高，因此“个性化”为增材制造技术与医疗行业搭建了深度结合的桥梁。增材制造髋臼杯模型6.3.增材制造技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.4.2金属材料增材制造技术的应用2.增材制造的典型应用在汽车制造中，增材制造被用于生产高强度轻量化零件、工具模具和复杂部件的原型制作。增材制造能优化汽车部件的设计，降低成本，并缩短产品开发周期。增材制造在模具制造中主要用于快速原型制作、冷却系统优化和模具修复。通过增材制造，可以减少模具