金属零件3D打印技术现状及研究进展*

简述了国内外的金属零件3D打印技术的研究现状及最新进展,包括选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)技术和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting, EBSM)技术,并针对作者实验室的工作方向——SLM直接制造,具体分析了金属零件3D打印技术研究热点和难点以及具体应用.     

薄壁铝合金零件切削成型工艺分析

铝合金作为工业制造中常见的有色金属,具有质量轻及容易成型等多种优势,在航天航空及电子通信、汽车等领域应用广泛。但薄壁铝合金零件切削成型过程中,容易受到多种因素影响,导致材料发生变形,无法满足设计标准。对此,本文对薄壁铝合金零件切削设备及材料、成型工艺分析,进一步探究薄壁铝合金零件结构及铣加工工艺,通过案例展开实践论证,为薄壁铝合金零件加工提供帮助。     

多材料零件3D打印技术现状及趋势

多材料零件(也称异质材料零件)由于兼顾控形、控材和控性等优越特性,在航空航天、特种工业、医学工程等领域具有广阔市场应用前景,也日益成为国内外3D打印领域的研究热点。介绍了多材料零件3D打印技术涉及的2个关键问题:多材料零件的建模方法和多材料零件的3D打印成型技术。结合多材料零件3D打印技术的应用与发展趋势,分析了多材料零件3D打印研发过程中亟待解决的关键技术。     

3D打印技术的应用

被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。     

3D打印中非金属薄壁件的打印成型策略研究

针对一般非金属类薄壁件注塑成型周期较长、成型精度不高、耗时耗材的问题,提出了一种结合三维激光扫描技术和3D打印技术的非金属薄壁件成型方法。以摩托车薄壁件拐板为对象,首先,选用逆向工程的点云采集技术和点云处理技术,获取了工件精确表征点云数据;然后,通过模型重构与分析技术,设计出了尺寸和表征数据均满足工件要求的模型;其次,运用3D打印前处理技术,进行了模型摆放、支撑添加与切片等操作;最后,使用SLA工业打印机打印出了摩托车薄壁拐板工件。研究结果表明:经过20 h左右工件打印成型,较传统注塑成型明显缩短了试制周期,且该成品尺寸偏差以及表面曲率特征均满足工件要求;该方法适用于工业制造中非金属薄壁件的打印成型,可用于产品前期试制研发,可有效缩短测试周期,降低成本。     

3D打印点阵相变冷板综合性能研究

3D打印技术为冷板的设计和生产提供了新的可能性。文中基于激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术设计了一种点阵填充内部腔体的相变冷板。为验证点阵相变冷板的储热性能和力学性能,首先通过数值仿真,研究了4种不同尺度、不同形式的点阵结构对储热性能的影响规律,并选出了最佳的点阵结构;然后采用SLM技术成形了试验件;最后通过升温试验,对比了不同热耗下点阵冷板与传统冷板的储热性能差异,通过随机振动试验和冲击试验,研究了点阵冷板的力学性能。结果表明：在不同形式的点阵结构中,4 mm十二边形点阵具有最好的储热性能;相比于传统冷板,点阵冷板可减重13.8%,灌注石蜡增加了12.2%;点阵冷板有更好的储热性能,总热耗为160 W时,升温至105.3℃,点阵冷板可延后6.8%。     

3D打印技术在医疗领域的应用进展

首先简单地介绍了医疗领域中所应用的3D打印成型工艺,并从成型精度、材料、成本等方面进行了简单比较,然后重点介绍了3D打印技术在医疗模型、永久植入体、组织工程支架和具有生物功能性的仿生三维结构体等4个应用领域内的最新进展,最后指出了多材质、全彩色、多孔模型及可降解材料是未来医疗领域3D打印技术的发展方向.     

铝合金细长薄壁筒类零件的车削

利用普通车床和传统的车削工艺,采取相应措施,实现了铝合金细长薄壁筒类零件的加工,满足了设计要求。     

基于3D打印技术新型螺杆转子结构设计及分析

利用3D打印技术的成型特点,针对螺杆转子的复杂成型过程及轻量化设计思路,提出了3D打印技术在螺杆转子成型设计中的应用。通过对螺杆转子内部结构设计,采用聚乳酸(PLA)材料熔融堆积的方法,实现了新型蜂窝状空腔螺杆转子实体模型的建立,充分证明了3D打印技术在复杂工件成型过程中的优势,同时为螺杆转子结构优化及轻量化设计提供了新的参考。     

逆向工程在3D打印技术中的应用实践

以工艺品模型为例,简述了使用手持式激光扫描仪和Geomagic Design X逆向软件进行模型设计、用FDM打印机将模型打印成型的过程。将此设计过程引入教学中,可以大大提升学生的上课兴趣,同时对于学生的创新思维、创新意识和创新能力的培养具有很大帮助。     

铝合金材料薄壁零件精密车削技术

针对薄壁零件加工中刀具磨损较为严重,工件尺寸不易控制、尺寸精度及形位公差要求较高、工件易变形等特点,通过选用切削刀具,调整切削参数,分析了如何提高薄壁零件的加工形面精度,给出解决问题的具体方法。     

3D打印技术在汽车行业的应用

现今使用者对于车辆的要求日趋多样化,厂商对于车辆外观及性能的要求亦各有不同。非标准零件得到了日益广泛的应用。而汽车上的有些关键零件,它们的性能表现能达到设计要求,与汽车性能有关,甚至与驾驶者是否安全息息相关。但这其中多数是不可能一次成型。有的部件直接加工不便,且开模成本较高,对设计者及产品成本都造成极大不便。3D打印技术应运而生,较好的解决了这一难题。     

3D打印技术在航空制造领域的发展初探

3D打印技术自问世以来便受到各国追捧,在航空航天领域使用3D打印技术也已经成为世界的潮流.详细介绍了3D打印技术在航空制造领域的应用现状,并对当前存在的问题进行了分析.     

3D打印技术应用于航空维修中的路径探析

随着3D打印技术的普及,很多行业开始使用该技术对设备零件进行生产,节省了零件的生产时间,对行业的发展有着极大的推动作用.3D打印技术拥有成型快、浪费少的优点,对于零部件生产工作而言意义非凡.航空维修对于航空行业的发展非常重要,可以加强航行的安全性,对航空设备存在的问题进行及时的解决.随着3D打印技术在航空维修方面的应用...     

3D打印技术在航空制造领域的应用进展

3D打印技术作为近年来增材制造领域的研究热点,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,而在航空航天制造领域得到了广泛研究和应用.本文阐述了3D打印技术的主要技术手段与国内外研发机构,并叙述了3D打印技术近几年在航空制造领域的研究和应用现状,对3D打印技术未来的发展趋势进行了探讨和分析.     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

铝合金薄壁零件的加工工艺及变形控制

我厂生产的一种薄壁筒形零件(材料为铝合金)其外径为350mm,长度为1300mm,最大壁厚20mm,最小壁厚为5mm,孔深,内孔台阶多,而且尺寸精度,形位公差,表面粗糙度都有严格的要求。所以内孔加工比较困难,长度尺寸较难控制,外圆上还有两个φ40H9通孔,使得零件各向强度不一致,故内部应力较大,引起零件变形,为了保证零件质量,我们采用如下措施。     

多金属3D打印的SLM设备工艺参数库试验研究

针对特定的金属3D打印机,加工不同金属均需反复实验,因此建立成形工艺参数数据库十分必要。以某国产金属打印设备为研究对象,以加工Al Si10Mg合金的工艺方法为例,采用正交试验方法和微观组织分析法验证其选择最佳工艺参数组合的正确性,最终通过多种金属的加工得到该设备的激光功率、扫描间距、扫描速度对打印不同金属的致密度、抗拉强度以及断后伸长率的影响的规律。结果显示选择激光功率时要充分考虑金属的熔点、易氧化、反光率等特性,扫描间距对成形不同金属的力学性能影响敏感度最大,为建立更多金属成形工艺数据库提供了参考。     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。