[工程应用]纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势：亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

一种电弧增材制造系统及沉积层性能研究

为了跟上国内外电弧增材制造技术迅猛发展势头,采用从设备研制到实验验证的方法路线,介绍了一种基于机器人的增材制造系统的硬件选择及软件设计,并利用该增材制造系统增材制造出耐磨钢直臂件,对增材件性能进行测试。结果表明,该制造系统具有修改增材制造工艺参数方便、成形效果良好、成型精度较高等优点。项目开展的基础性研究对于金属丝材电弧直接制造系统的开发和技术的推广及应用具有重要的理论参考和实际指导意义。     

树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面制造技术

介绍了树脂基碳纤维复合材料(CFRP)栅格天线反射面的制造技术.纤维采用日本东丽公司的T700,基体为3234树脂体系,采用球墨铸铁制造模具,真空袋热压罐成型工艺.通过认真的工艺研究,突破了模具设计与制造、铺层设计、成型工艺等关键技术,制造的栅格天线反射面栅格条宽度和厚度均匀,外表光洁,型面精度高,满足了设计要求.     

摩擦搅拌增材制造发展概述

针对目前国内外增材制造技术做了归纳与总结,重点分析研究了摩擦搅拌增材制造(Friction Stir Additive Manufacturing,FSAM)技术在国外研究的发展状况。FSAM最早在美国提出,并在美国掀起研究热潮。FSAM可以分为两大类,即:损耗型搅拌针的FSAM和非损耗型搅拌针的FSAM;又根据制造过程的工艺特点分为3种典型模式,即:损耗沉积模式、以板材为进料模式及以粉末为进料模式。这些不同模式的FSAM在美国和印度取得了突破性进展,为摩擦搅拌增材制造的产业化发展奠定了基础。同时,国内也成功实现了颗粒料的增材制造,且成型件有较好的机械性能。最后,给出了FSAM技术的发展趋势和应重点关注的内容。     

内燃机增材再制造修复技术综述

阐述了激光熔覆、冷焊、热喷涂与电刷镀等增材修复技术的原理,重点介绍了增材修复技术在内燃机关键零部件再制造修复方面的研究应用进展,总结了曲轴、连杆、缸体等关键零部件的再制造修复方法,指出了激光熔覆、冷焊、热喷涂及电刷镀技术未来研究的重点,展望了内燃机增材再制造修复技术未来的发展趋势。     

复合式增材制造技术研究现状及发展

形性问题制约金属增材制造技术的发展与应用,复合式增材制造在解决制件形性问题方面效果显著。高度概括了复合式增材制造技术分类方式与主体类别;简要总结了增减材复合制造在制件成形精度和表面质量控制方面的研究进展和技术发展状况;重点评述了增等材复合制造技术类别、成形原理、制造特征和关键问题,以及在制件显微组织、应力状态、宏观性能调控方面的研究现状和主体结论;系统介绍了超声、电磁、激光三类特种辅助能场对增材熔池流动、结晶、固态相变的作用机制,以及特种能场作用下,增材层显微组织状态、力学性能、成形精度的演化规律;展望了复合式增材制造技术未来的发展趋势。     

增材制造:实现宏微结构一体化制造

增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术,是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物,是当今世界各制造强国竞相发展的热点技术。基于增材制造材料逐点累积的成形过程,提出宏微结构一体化制造的学术观点。该方法在金属、陶瓷与复合材料的成形制造中有着其他制造方法难以替代的优势,可以实现制造短流程化,并推动大批量制造模式向个性化制造模式发展。列举近年在金属零件定向晶组织制造、光子晶体制造、生物组织器官支架制造方面的研究成果,论述宏微结构一体化增材制造技术的实现方法与工程应用,解决了传统制造技术难以解决的宏微结构一体化制造难题,给制造技术展示出全新的发展前景,为相关学科和产业发展提供有力的制造技术支撑。     

电弧增材再制造低碳钢疲劳性能研究

以增材制造为核心的再制造技术有望在航空航天、武器装备等领域成为替代人工或减材再制造的核心再制造技术。增材制造采用逐层熔融沉积成型,其疲劳性能与常规制造材料相比通常具有较大差异。成型过程中移动热源反复熔覆,形成复杂热历史,造成材料微结构的复杂演变。因此,增材制造材料疲劳裂纹扩展性能也存在一定的各向异性。以电弧增材再制造低碳钢为对象,针对裂纹扩展性能,研究电弧增材制造与常规热轧制造材料之间,以及电弧增材制造材料不同取向之间疲劳裂纹扩展速率的差异。分析造成疲劳裂纹扩展性能差异的微观层面机理,为电弧增材再制造材料在关键领域应用提供支持。     

[机械装备再制造]绿色增材再制造技术

绿色增材再制造技术在中国已进入了新的发展阶段。探讨了绿色增材再制造技术的内涵与特征,分析了发展绿色增材再制造技术面临的机遇与挑战,提出了绿色增材再制造技术未来的主攻方向。推行绿色增材再制造技术,构建绿色增材再制造技术体系,不仅有利于实现资源环境的可持续发展,也契合《中国制造2025》提出的全面推进绿色制造的战略重点。     

面向增材制造的晶格模型生成研究

以增材制造模型的内部结构作为研究对象,围绕结构的轻量化,探究增材制造晶格模型的生成方法。以假肢模型为例,通过分析晶格单元体结构与力学性能之间的关系,建立性能均衡的晶格结构类型,再利用骨架线来驱动晶格单元体模型设计,最后基于混合几何方法来建立轻量化晶格模型。     

Interfacial Bonding Mechanism and Mechanical Performance of Continuous Fiber Reinforced Composites in Additive Manufacturing

The additive manufacturing of continuous fiber composites has the advantage of a high-precision and efficient forming process,which can realize the lightweight and integrated manufacturing of complex structures.However,many void defects exist between layers in the printing process of additive manufacturing;consequently,the bonding performance between layers is poor.The bonding neck is considered a key parameter for representing the quality of interfacial bonding.In this study,the formation mechanism of the bonding neck was comprehensively analyzed.First,the influence of the nozzle and basement temperatures on the printing performance and bonding neck size was measured.Second,CT scanning was used to realize the quantitative characterization of bonding neck parameters.and the reason behind the deviation of actual measurements from theoretical calculations was analyzed.When the nozzle temperature increased from 180 to 220℃,CT measurement showed that the bonding neck diameter increased from 0.29 to 0.34 mm,and the cross-sectional porosity reduced from 5.48% to 3.22%.Finally,the fracture mechanism was studied,and the influence of the interfacial bonding quality on the destruction process of the materi als was determined.In conclusion,this study can assist in optimizing the process parameters,which improves the precision of the printing parts and performance between the layers.     

碳纤维复合材料钻削加工分层缺陷研究进展

碳纤维复合材料(CFRP)因良好的性能被广泛应用于诸多领域,但它本身所特有的层间结构易导致在钻削加工过程中产生缺陷。分层缺陷是钻削加工过程中产生的主要缺陷之一,对复合材料结构件的承载能力和疲劳强度有很大影响。本文主要从分层缺陷的产生机理、影响因素和检测等方面对国内外目前的研究现状进行综述,并分析了未来的研究发展趋势。     

碳纤维复合材料孔加工研究现状

根据碳纤维复合材料的特性和制造加工中存在的问题,综述了碳纤维复合材料孔加工时加工工艺、钻头几何参数及其材料、机床振动、材料制备缺陷等因素对钻削加工损伤(尤其是分层损伤)的影响和抑制方法、钻削建模与仿真以及叠层孔加工等方面的研究最新进展,重点关注了钻削诱导的分层损伤形成机理以及一些特殊工艺,如振动辅助钻削、螺旋铣削孔加工、磁性胶体垫板孔加工技术和高速钻削技术等对碳纤维复合材料孔加工质量改善效果。     

碳纤维增强复合材料高速切削刀具研究现状

综述了碳纤维增强复合材料(CFRP)高速切削刀具的研究现状,重点介绍高速切削CFRP过程中的刀具磨损机理,指出为解决加工中刀具磨损迅速的问题,应合理地选用刀具材料,并且对刀具结构和几何参数进行优化。     

碳纤维增强热塑性复合材料超声波焊接研究进展

碳纤维增强热塑性复合材料（Carbon fiber reinforced thermoplastic composite,CFRTP）由于其优越的力学性能、较低的加工成本及可回收性,逐渐成为继铝合金、高强钢之后的新一代轻量化材料。国内外科研机构和材料企业都投入巨资和人力竞相开展相关研究,部分高校、企业已开始探索将CFRTP应用于机身与车身的制造与装配。超声波焊接是最适合焊接热塑性材料的方法之一,也是实现大规模装配CFRTP零部件的关键使能技术之一。从CFRTP超声波焊接基本过程、接头形式、数值模拟、质量监控和异种材料连接五个方面进行分析,系统讨论CFRTP超声波焊接最新研究成果,展望CFRTP超声波焊接中有待解决的共性问题,以期为CFRTP零部件的大规模装配应用提供参考。     

碳纤维及其复合材料的发展和应用

介绍了碳纤维的性能及其特性,概述了碳纤维的发展史,包括国外和国内。分析了碳纤维复合材料的特性和应用,着重说明了碳纤维增加金属基复合材料的相关性能,并指出了其研究前景。     

聚四氟乙烯碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能

研究了不同含量PTFE碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能,并分析了在干摩擦和水润滑条件下的磨损表面形貌和磨损机制。结果表明:添加质量分数10%~15%PTFE的复合材料体系机械性能最佳,随PTFE含量的增加,复合材料的摩擦因数下降,而磨损率呈上升趋势。水润滑下,摩擦因数和磨损率比干摩擦下都有相应的降低。干摩擦下,材料的磨损主要以塑性变形、微观破裂及破碎为主;水润滑下,这一机制明显减弱,主要表现为微切削形态。     

不同润滑状态下炭纤维对锡青铜摩擦磨损性能的影响

短碳纤维增强锡青铜(碳/锡青铜)复合材料分别在干摩擦和有油滑状态下与钢进行了滑动对磨试验,研究了试验条件及碳纤维含量等因素对复合材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,碳纤维对锡青铜摩擦磨损性能的影响行为与润滑状态有关,干摩擦时碳纤维的加入可以明显提高锡青铜的摩擦磨损性能,而有油润滑时碳纤维对锡青铜的摩擦磨损性能不仅没有改善,还会带来损害。     

纳米Cu粉填充碳纤维/PTFE复合材料的摩擦磨损性能

考察纳米Cu粉含量、粒径对碳纤维/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜分析磨损面和对偶面转移膜形貌,并探讨其磨损机制。结果表明:纳米Cu粉能提高碳纤维/PTFE复合材料的耐磨性,在高载荷下,纳米Cu粉的增强效果更加明显;纳米Cu粉的粒径越小,复合材料的耐磨性越好;添加质量分数0.3%纳米Cu粉的碳纤维/PTFE复合材料耐磨性最优,1.4 m/s,200 N下实验条件下,其磨损率比未添加时降低了45%;SEM分析显示纳米Cu粉能在对偶面上形成平整致密的转移膜,具有显微增强作用。