数字孪生驱动增材制造的研究进展

数字孪生技术是充分利用物理模型、传感器信息、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程。该技术与增材制造相结合,是实现制造物理世界和信息世界智能互联与交互融合、减少工艺参数试错实验、控制增材制造打印件组织性能和节省打印成本的潜在手段。因此讨论了数字孪生驱动增材制造的背景与意义;介绍了建立增材制造数字孪生系统的关键要素;阐述了增材制造的模型优化设计、分层切片、路径规划、机理模型、传感与控制、统计模型、大数据和机器学习等方面的发展现状以及目前存在的一些挑战;提出了数字孪生驱动增材制造的未来发展方向和研究重点。     

大型金属构件增材制造技术在航空航天制造中的应用及其发展趋势

增材制造是一种具有极大潜力的先进制造技术,适合应用于要求轻质高强的航空航天制造领域。对不同种类增材制造的原理及其特点进行简单阐述,介绍了增材制造在成形装备、成形组织与性能调控、拓扑设计和优化、成形过程模拟仿真、热源规划控制软件、在线检测与控制、残余应力与裂纹气孔控制、辅助制造措施等关键技术方向的研究现状,列举大型复杂金属构件的增材制造应用实例,探讨大型金属构件增材制造技术应用于航空航天制造存在的问题与发展趋势。     

金属熔丝增材制造技术的研究现状与展望

随着现代计算机技术的快速发展,增材制造技术在诸多工业领域得到了广泛应用,逐渐成为智能制造技术的典型代表。其中,金属熔丝增材制造由于其成形效率高、成本低、材料利用率高等优势,已逐渐成为国内外增材制造研究的热点。介绍了金属熔丝增材制造技术的分类、应用范围、各自的优缺点和研究现状,重点讨论电弧熔丝增材制造技术的细分领域现状及应用,分析金属熔丝增材制造技术的未来研究目标与发展趋势。     

增材制造技术的应用及其发展

增材制造技术,也称3D打印技术,是一种采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,由于具有成形速度快、材料利用率高、生产周期短与数字化程度高等特点,近20年来成为各国科学家研究的热点。随着激光技术、计算机技术、CAD/CAM等技术的快速发展,增材制造技术在航空航天、汽车生产、生物制造、建筑设计等诸多工程领域得到了广泛的应用。介绍了增材制造技术的主要分类、工作原理、应用领域及其国内外研究现状,总结了各类关键技术所面临的问题,并讨论了其未来发展趋势。     

复合增材制造技术研究进展

在阐述了复合增材制造技术的含义及关键技术特征的基础上,对基于机加工的复合增材制造、基于激光辅助的复合增材制造、基于喷丸的复合增材制造、基于轧制的复合增材制造四种复合增材制造技术的特点与优势进行了总结,并介绍了一种全新的激光锻造复合增材制造技术,其可与多种增材制造复合并能有效细化晶粒、消除缺陷和重构应力分布,最后指出了复合增材制造技术在耦合机理、参数优化及装备研制方面的发展趋势。     

我国增材制造技术的应用方向及未来发展趋势

在"2018中国增材制造产业高峰论坛"上,中国工程院院士卢秉恒以"我国增材制造技术发展趋势及应用"为主题发表了演讲,详细阐述了我国增材制造技术的应用方向及未来发展趋势,同时也指出了我国增材制造技术发展中面临的挑战。     

专题二——增材制造

正专题以"增材制造"为主题,重点关注各种增材制造技术的最新研究进展和应用、以及增材制造装备和配套材料的研发等,期望提升制件过程的可靠性,推动增材制造在各制造领域的不同维度的研究发展。征文时间:2021年1月1日～2021年6月30日重点关注内容:增材制造技术(激光、电子束、等离子束、电弧及其复合)的国内外现状和发展趋势;主要包括:增材制造工艺和过程优化、材料及结构的各种后处理工艺、增材制造质量控制与评估技术、增材制造结构完整性理论与实验技术、增材制造修复再制造技术、增材材料工艺-组织-性能-服役关联建模、增材制造结构一体化设计技术、增材制造装备发展、增材制造在国家重大项目中的应用等。     

基于数字孪生车间的虚实融合研究综述

数字孪生车间近年来逐渐成为大众关注的热点,它可借助虚实融合技术实现物理车间与虚拟车间的互联互通,使得虚拟车间的信息更加贴合现实,有助于实际生产。基于数字孪生概念、数字孪生车间的特性和研究应用,对数字孪生车间的虚实融合研究进行综述。介绍了虚实研究对象,即物理车间和虚拟车间;论述了虚实融合系统中车间服务系统的工作过程;分析了虚实融合技术的三大关键部分及相关技术的支撑。最后对数字孪生车间的虚实融合问题进行了展望。     

增材制造技术的发展

增材制造技术是近30年快速发展的特种加工技术,其优势在于三维结构的快速和自由制造,被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。通过对增材制造技术设备和应用情况的介绍,阐述了我国增材制造技术的发展趋势和关键技术。未来增材制造技术将向着三个方向发展:一是日常消费品制造方向;二是功能零件制造方向;三是组织与结构一体化制造方向。     

《电焊机》专题征文二：增材制造及表面处理

正关注重点:国内外增材制造技术(3D打印)现状和发展趋势,增材制造质量控制与评价、增材制造的控形控性、提高增材制造质量的方法和工程化前景,激光及电子束增材制造、电弧增材制造、电熔增材和增减材混合制造等增材制造方法的发展及应用,激光增材修复技术、固相增材制造、热处理及表面处     

增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

丝材电弧增材制造技术研究现状与趋势

丝材电弧增材制造技术适于大尺寸且形状较复杂构件的低成本、高效快速成形,是与目前发展较成熟的激光增材制造方法优势互补的3D增材成形技术。文中综述了近几年国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,从控形控性角度分析了国内外相关研究机构的研究方向与技术优势。藉此指出,丝材电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深人到成形机理的探究,该领域的研究工作应更深人、系统地从成形物理过程、熔池系统稳定性、组织演变规律和性能优化等角度,力求开展丝材电弧增材成形工艺及理论研究工作,推进该技术在现代制造业的应用。     

旋转压合成形数字孪生系统构建及应用

针对口罩生产这种新型旋转压合成形技术生产过程中的数字孪生技术进行了研究。研究阐述了数字孪生在旋转压合生产中的框架和系统组成，利用西门子的NXMCD软件构建了数字孪生模型，并建立了其中的运动关系，在运动关系上利用传感器和模型之间的映射来实现模型的驱动，实现了虚实同步。此外，通过接口将深度学习的神经网络和数字孪生系统结合，实现以虚预实，对传感器的数据源进行不断地迭代，实现了产线的实时优化。这种融合了数字孪生与旋转压合技术的方法，为制造业的智能制造提供了宝贵的数据和参考，推动了生产过程的高效化和智能化。     

搅拌摩擦增材制造关键技术与装备发展

搅拌摩擦增材制造 (friction stir additive manufacturing, FSAM) 是一种全新的固相增材技术,解决了材料熔化而产生气孔、裂纹等问题,大幅度提高增材制造零件的力学性能,提升制造组件的结构利用率,被认为是金属增材制造领域的重大突破. 介绍了增材制造技术发展历史及特点,总结了固相增材技术优势,阐述了FSAM技术的基本概念、成形原理、发展趋势、组织微观结构演变行为以及力学性能;归纳了当前FSAM所采用的设备类型及其控制系统,重点分析了该技术未来发展应用所面临的挑战及机遇.     

《电焊机》专题征文二：增材制造及表面处理

正关注重点:国内外增材制造技术(3D打印)现状和发展趋势,增材制造质量控制与评价、增材制造的控形控性、提高增材制造质量的方法和工程化前景,激光及电子束增材制造、电弧增材制造、电熔增材和增减材混合制造等增材制造方法的发展及应用,激光增材修复技术、固相增材制造、热处理及表面处理等发展状况,硬质合金堆焊、特殊异形件的增材制造,新材料的运用、最新的耐磨     

《电焊机》专题征文二：增材制造及表面处理

正关注重点:国内外增材制造技术(3D打印)现状和发展趋势,增材制造质量控制与评价、增材制造的控形控性、提高增材制造质量的方法和工程化前景,激光及电子束增材制造、电弧增材制造、电熔增材和增减材混合制造等增材制造方法的发展及应用,激光增材修复技术、固相增材制造、热处理及表面处理等发展状况,硬质合金堆焊、特殊异形件的增材制造,新材料的运用、最新的耐磨     

搅拌摩擦增材制造技术研究现状与发展趋势

现有的高能束增材制造技术在成形大型高性能金属构件时存在适用材料范围有限、能源利用率低以及成形件各向异性等工艺特点,搅拌摩擦增材制造是近年来发展起来的一项新型固相增材制造技术,其无液态金属熔凝过程的成形特征为铝合金、镁合金等易氧化轻质合金的高性能快速制备提供了新的增材制造途径。文中首先指出现有高性能金属构件增材制造技术应用的局限性,重点介绍搅拌摩擦增材制造技术的工艺原理、性能优势及应用现状。综述了国内外所开展的主要搅拌摩擦增材制造技术现状,包括同轴送料式、预置料式等类别,进而展示了搅拌摩擦增材制造技术在轻质大型结构件增材制造及特征结构添加,梯度材料与涂层制备,缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面的应用潜力。最后,对搅拌摩擦增材制造技术的发展趋势进行了展望。通过文中综述,以期推动该技术在国内航空航天等领域大型轻质材料构件的制备方面实现应用。 创新点： (1)为解决现有激光/电子束等高能束增材制造技术在轻质材料构件应用方面的局限性,文中对搅拌摩擦增材制造这一新型固相增材制造技术开展调研分析,其无液态金属熔凝的成形特性使得制件不会形成与快速凝固相关的缺陷,如孔隙率、热烈纹、元素偏析、稀释、微细分散氧化物聚集以及高残余应力,具有更高成形效率、更大成形尺寸、更优的力学性能。 (2)文中通过对搅拌摩擦增材制造技术的工艺特性与应用现状分析,总结出了该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。     

熔焊与金属增材制造过程红外检测与质量控制研究进展

金属增材制造以高效、无模具、自由制造等优点,在汽车、舰船、航空航天与电力核能等领域得到了广泛应用,从而推动我国制造行业的新一轮革命。在增材制造巨大应用潜力下,熔焊技术已与金属增材制造工艺产生了深度融合。然而,受限于熔焊与金属增材制造中高温、强弧光的制造环境,不同于传统减材制造的缺陷特点,对制造/成形过程的控形控性提出了严峻挑战。文中综述了熔焊与金属增材制造过程中的缺陷类型以及红外检测技术在过程检测和质量控制方面的应用现状,并对其面临的挑战与发展趋势进行展望。     

《电焊机》征文启事——增材制造

《电焊机》2021年第8期将以"增材制造"为主题,重点关注各种增材制造技术的最新研究进展和应用、以及增材制造装备和配套材料的研发等,期望提升制件过程的可靠性,推动增材制造在各制造领域的不同维度的研究发展。征文时间:2021年1月1日~2021年6月30日重点关注内容:增材制造技术(激光、电子束、等离子束、电弧及其复合)的国内外现状和发展趋势。     

高强铝合金增材制造技术的研究进展

增材制造技术是实现高端航空航天产品功能优化设计及轻量化制造的重要途径。高强铝合金作为航空航天业使用最广泛的金属材料,其增材制造结构应用潜力巨大。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化,含大量易烧损合金元素,而且有很强的热裂倾向,成形难度极大,目前其增材制造成形技术远落后于其他合金材料,已成为各国竞相发展的科研领域。根据近年高强铝合金增材制造技术方面的主要研究进展,结合国内外激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)和电弧熔丝增材制造成形(Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM)的研究现状,综述了高强铝合金增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题。