3D打印技术研究现状和关键技术EI北大核心CSCD

本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术(LENS),激光选区熔化技术(SLM)及电子束选区熔化技术(EBSM)3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。     

基于金属3D打印技术成形嵌套零件工艺研究

针对传统采用多个零件拼接而成具有悬垂嵌套结构的零件,提出了金属均匀喷射熔滴沉积"双喷头"3D打印成形工艺,开发了金属微喷熔滴沉积成形试验平台,通过对新型支撑材料的配比和成形工艺研究,实现了金属以及支撑材料成形的联动控制,成形出较高精度悬垂嵌套的金属制件,与传统成形工艺相比,具有成形周期短,制造成本低等优点,实现了此类零件的即用即打,此类零件成形提供了实现的途径与条件.     

粉末床电子束3D打印Ti-6Al-4V合金的工程应用技术研究进展

电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)是20世纪90年代初期发展起来的一类金属3D打印工艺,具有能量利用率高、成形效率高和成形应力低的突出优点,并且是在真空环境中成形,特别适用于高熔点、高活性、脆性金属材料复杂构件的高质量制造。由于其是一种粉末床熔融型3D打印工艺,通常也称之为粉末床电子束3D打印技术。从粉末床电子束3D打印的粉末原料、组织与性能、复杂构件的成形能力和工程应用等方面,介绍了作者团队10多年来在粉末床电子束3D打印稀有金属材料方面的工作积累,重点介绍了粉末床电子束3D打印Ti-6Al-4V合金的研究进展,最后结合3D打印技术整体发展趋势对粉末床电子束3D打印技术的发展前景和重点发展方向进行了展望。     

金属零件3D打印技术标准的运用分析

3D打印技术是一种新型的科学技术,它以自身特有的效果与作用改变了传统的金属零件成型,随着科学技术的不断发展,3D打印技术在金属零件成型中得到广泛的运用。本文主要是分析3D打印技术在金属零件中的发展以及标准的运用分析。     

3D打印主要成形工艺及其应用进展

3D打印是以计算机图形数据为基础,通过逐层堆积的方式构建实体,具有高柔性制造以及对复杂零件自由快速成形的特点.从文献研究入手,重点介绍了光固化成形、熔融沉积制造、选区激光烧结、选区激光熔化、三维印刷成形、分层实体制造等典型3D打印工艺的成形原理以及研究进展,在此基础上着重概述了3D打印在生物医学、航空航天、建筑工程领域的应用.简要分析了当前3D打印技术发展中存在的一些问题并提出了一系列解决方案.3D打印技术的出现,给传统制造技术带来了革命性改变,其应用范围广泛,未来一定会融入到人们生活的方方面面.     

3D打印金属零件后处理研究现状

3D打印技术具有不需模具和制造成本对设计的复杂性不敏感的特点,适合制造结构-功能一体化、仿生学设计、轻量化点阵结构、薄壁等复杂结构产品。但因其内部和表面存在一些不可避免的缺陷,需结合适当的后处理来改善金属零件的显微组织和缺陷。分别从显微组织、内部缺陷和表面缺陷3个方面归纳了国内外学者对3D打印零件进行不同后处理的研究进展,分析了未来3D打印后处理研究的主流方向,为3D打印技术生产更合格的零件提供参考。     

粉末钛合金3D打印技术研究进展

粉末钛合金3D打印技术以低成本、易成形、柔性化制备、零件性能优异等优势,近年来成为钛合金近净成形制造领域的研究热点。总结了国内外粉末钛合金3D打印技术的研究进展,包括激光熔化沉积成形技术(LMD)、激光选区熔化成形技术(SLM)、电子束选区熔化成形技术(SEBM)。比较研究了3种成形技术制备的钛合金的组织特点及力学性能,并讨论了粉末钛合金3D打印技术的市场化现状与未来发展趋势。     

同轴送粉激光3D打印光粉耦合作用以及熔池气液界面追踪数值模拟的研究进展

金属激光3D打印作为一种"无需工具"的数字化制造技术,摆脱了传统加工方式的约束,将有可能改变产品的生产模式,给企业和消费者带来巨大的经济效益和社会效益。它利用层层堆积的精密加工模式,使得高精度复杂结构制造变为可能。这将极大简化产品设计环节,提高零部件的集成度,缩小产品的研发周期。相对于利用切削机床对毛坯进行加工的"减材制造",3D打印制造减少了原材料的使用量,降低了对自然环境的压力。3D打印技术实际上是一个"逐点扫描-逐线搭接-逐层堆积"的循环往复过程,在长时间的加工过程中,零件的不同部位材料均经受着一系列短时变温、非稳态、强约束、循环固态相变的微热处理过程。这种微热处理的加热及冷却速度极快、相变持续时间极短,且每一微热处理的相变温度、加热及冷却速度和相变持续时间均随热循环次数的变化而变化,使得激光3D打印的金属构件显微组织结构独特,并表现出对加工工艺条件强烈的依赖性,进而影响成型零部件的综合力学性能。因此,实现对激光3D打印金属零部件显微组织结构、冶金缺陷的主动控制是亟待解决的关键问题。其中掌握同轴送粉金属激光3D打印加工过程中粉末流与激光束的耦合作用,以及熔池气-液自由界面的传质和扩展特征,是选择最优加工参数,获得综合力学性能优良的金属零件的关键。然而,采用试验分析途径难以精确并定量地揭示上述问题,但数值仿真模拟却能有效揭示其微观规律。例如在光-粉耦合作用方面,目前大部分研究学者从单个粉末颗粒到粉末流对激光束产生衰减的角度出发,研究了激光束与粉末相互作用的机理;另一方面其他研究人员从粉末颗粒对激光束吸收和散射的角度建立数学模型,利用米氏散射理论和朗伯-比尔定律仿真分析计算了粉末流与激光束的相互作用。而包含粉末流对激光束产生衰减以及粉末流吸收并反射、散射激光等多角度多因素的数值模型却鲜有报道,因此,这些方面是学者今后研究的主要方向。本文主要综述了国内外研究学者对同轴送粉金属激光3D打印仿真模拟的研究进展,并详细阐述了3D打印过程中的光-粉耦合作用、熔池气-液界面和固-液界面追踪等。     

美国西北大学开发出新型3D金属物体打印方法

正近日,美国西北大学的一个研究工程团队开发了一种新型3D金属物体打印方法。该新方法当前3D打印技术受金属类型和零件结构限制不同,能够打印各种金属和结构,极大地扩展了应用空间。当前的3D金属打印技术依赖于大量金属粉末层和昂贵的激光器或电子束,而西北大学的新技术使用     

金属激光三维打印技术研究现状及其发展趋势

金属激光三维打印技术以其高柔性化特点,在整体成形复杂的高性能零件时具有显著优势,近年来成为机械制造领域的研究热点。介绍了金属激光三维打印技术的原理与特点,概述了预合金粉末材料和金属基复合材料在金属激光三维打印技术中的研究现状,展望了该技术的发展趋势。     

3D打印陶瓷铸型研究与应用进展EI北大核心CSCD

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细结构的成型要求。3D打印技术作为一种快速成型手段能够精准成型复杂精细结构,将其应用于铸型生产,不仅能够解决复杂结构的成型问题,同时也能降低生产成本、缩短生产周期。本文主要阐述了3D打印技术在陶瓷铸型生产中的应用,从应用于铸型3D打印陶瓷材料的种类及特性、典型铸型3D打印技术及铸型打印后处理手段三个方面对3D打印技术陶瓷铸型的研究与应用进行介绍,并对该技术未来的发展进行展望,指出3D打印技术能够有效解决复杂陶瓷铸型的成型问题,从而满足复杂空心结构金属件的铸造需求。     

Powder bed binder jet 3D printing of Inconel 718: Densification,microstructural evolution and challenges☆

Traditional manufacturing of Inconel 718 components from castings and thermomechanical processing routes involve extensive post processing and machining to attain the desired geometry. Additive manufacturing (AM) technologies including direct energy deposition (DED), selective laser melting (SLM), electron beam melting (EBM) and binder jet 3D printing (BJ3DP) can minimize scrap generation and reduce lead times. While there is extensive literature on the use of melting and solidification based AM technologies, there has been limited research on the use of binder jet 3D printing. In this paper, a brief review on binder jet additive manufacturing of Inconel 718 is presented. In addition, existing knowledge on sintering of Inconel 718 has been extended to binder jet 3D printing. We found that supersolidus liquid phase sintering (SLPS) is necessary to achieve full densification of Inconel 718. SLPS is sensitive to the feedstock chemistry that has a strong influence on the liquid volume fraction at the processing temperature. Based on these results, we discuss an empirical framework to determine the role of powder particle size and liquid volume fraction on sintering kinetics. The role of powder packing factor and binder saturation on microstructural evolution is discussed. The current challenges in the use of BJ3DP for fabrication of Inconel 718, as well as, extension to other metal systems, are presented.     

焊接快速成形技术的发展现状

焊接快速成形技术是近几十年才发展起来的新型制造技术,具有高灵活性、低成本和高生产效率等优点,在军事、医疗、交通、教育等许多行业都得到了广泛应用。简单介绍了焊接快速成形技术的原理及特点,概述了以钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊为基础的焊接快速成形技术国内外的发展现状,指出了焊接快速成形技术在发展中存在的问题,并就关于成形精度、成形性能、成形材料的问题进行了分析。     

金属均匀液滴束流技术的应用

简述了均匀液滴束流技术的发展与应用,讨论了均匀液滴束流产生机理及熔融金属射流的破碎.金属均匀液滴束流可应用于粉末冶金、材料合金薄层涂敷、电路封装和金属零件的快速成形等,具有广阔的市场应用前景.     

快速成型技术在家具设计中的应用研究

目的探索快速成型技术与传统木工工艺的邂逅,在家具产品设计中的应用。方法运用分析、比较的研究方法,了解3D打印快速成型技术的优势,探讨传统工艺与3D打印技术相结合的表现效果。结论通过不断探索快速成型技术与传统工艺的结合,在3D打印这一现代技术的影响下,"新"、"旧"技术的结合将成为家具设计创新的突破口,并基于模块化的设计理念,推导出家具产品创新设计的思路与方法。     

金属3D打印技术及其专用粉末特征与应用

3D打印技术提供了一种先进的制造方法,实现了从3D计算机模型出发直接制造复杂形状的工件。其中,金属3D打印技术在生物医疗、航空航天、自动化、汽车零部件、军工等领域的有效应用得到了印证。介绍了金属3D打印技术的基本情况和金属3D打印专用金属粉末特征,简述了金属粉末的分类及应用,并对金属3D打印技术存在的问题和面临的挑战与机遇进行了分析。     

金属/陶瓷粉末3D打印技术及其应用

3D打印技术以数字化、网络化、个性化、定制化特点被认为将推动第3次革命技术,金属/陶瓷粉末构件的3D打印技术是目前先进制造技术的重要发展方向。主要介绍了3D打印成形金属/陶瓷粉末技术及其在航空航天等领域的应用现状和展望;详述了3D打印用金属粉末制备方法及不同工艺下粉末的特点及适用范围,进而综述了3D打印用金属粉末设备的工作原理。最后,对该方向的研究进展进行总结,并对其发展前景和主要发展方向进行展望。     

金属选区激光熔化的研究现状

金属3D打印是目前增材制造技术中最具发展潜力和最前沿的技术。选区激光熔化(SLM)是金属3D打印的重要分支,在传统方法无法制造的复杂异型结构件及工件制造的快速响应上具有极大优势,可解决传统方法加工过程中存在的长周期、高成本、难加工等技术难题,加工出传统制造方式无法加工的复杂金属零件。主要分析总结了目前选区激光熔化所涉及的基本原理、成型设备、材料特性、工艺参数和制造过程中常见的孔隙、球化、应力应变等问题,最后对金属3D打印的发展前景进行了展望。