关桥3D打印与广义增材制造2015.9.18绵阳.ppt

3D打印 与 广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing关关 桥桥GUAN Qiao北京航空制造工程研究所Beijing Aeronautical Manufacturing TechnologyResearch Institute(BAMTRI)2015年9月 18 日绵阳 国际先进制造业大会1报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造1)3D打印/增材制造的渊源2)航空制造模式的大变革3)国内外产业现状与发展4)技术体系与发展前景2Technical System&Prospects Technical System&Prospects 3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1)The Origin of 3D Printing&Generalized Add.Mfg.2)The Modification of the Model of Aeronautical Mfg.3)Development of Add.Mfg.Industry in China&Abroad4)Technical System&ProspectsTechnical System&Prospects 报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1)3D1)3D打印与广义增打印与广义增材制造的材制造的渊源渊源 The Origin of 3D Printing&Generalized Add.Mfg.2 2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革3)3)国内外产业现状与发展国内外产业现状与发展4)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景5)5)建议和结束语建议和结束语 34减材制造减材制造 与与 增增材材制造（制造（3D打印）打印）1 1)3D3D打印打印/增材制造的渊源增材制造的渊源（3D打印）打印）通过计算机辅助设计（CAD）建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，用相应热源，把液体状、粉状或丝状的材料逐层地(熔敷)打印出来，从而堆积制造出实体物件。减材制造减材制造 增材制造增材制造1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源1.1 1.1 金属构件增材制造的技术基础是焊接金属构件增材制造的技术基础是焊接/连接连接采用机械能（摩擦）热源 实现固态连接电子束焊接激光焊接线性摩擦焊搅拌摩擦焊金属构件增材制造采用的焊接热源5手工电弧焊高能束流1 1)3D3D打印打印/增材制造的渊源增材制造的渊源1.1 1.1 金属构件增材制造的技术基础是焊接金属构件增材制造的技术基础是焊接/连接连接金属构件增材制造金属构件增材制造(Additive ManufacturingAM )的的技术基础是焊接技术基础是焊接/连接连接(Welding/Joining)。特征：特征：1）原理）原理熔化堆积熔化堆积成形，成形，2）热源）热源焊接热源，焊接热源，3）材料）材料可焊性好。可焊性好。6 采用电弧热源1 1)3D3D打印打印/增材制造的渊源增材制造的渊源1.1 1.1 金属构件增材制造的技术基础是焊接金属构件增材制造的技术基础是焊接/连接连接金属构件增材制造金属构件增材制造(Additive ManufacturingAM )的的技术基础是焊接技术基础是焊接/连接连接(Welding/Joining)。特征：特征：1）原理）原理熔化堆积熔化堆积成形，成形，2）热源）热源焊接热源，焊接热源，3）材料）材料可焊性好。可焊性好。7手工氩弧加钛丝增材制造艺术制品-乌乌克克兰兰巴巴顿顿焊焊接接研研究究所所1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.2 1.2 增增材制造材制造创新发展创新发展高能高能束流（电子束、激光束）束流（电子束、激光束）热源极具柔性热源极具柔性:可可聚焦、扫聚焦、扫描、偏转和长描、偏转和长焦距焦距;与信息技术与信息技术CAD/CAMCAD/CAM技术相结合，在真技术相结合，在真空室内或惰性气体保护的环境中，向加热区填送金属丝材空室内或惰性气体保护的环境中，向加热区填送金属丝材或铺送金属粉料，材料逐层熔化、凝固堆积，构成了无模或铺送金属粉料，材料逐层熔化、凝固堆积，构成了无模具的快速成形或称具的快速成形或称“金属直接成形增材制造技术金属直接成形增材制造技术”电子束Electron Beam 81)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.2 1.2 增增材制造创新发展材制造创新发展9电子束送丝装置熔积路径方向基板沉积金属熔池 电子束熔丝逐层堆积成形增材制造技术增材制造技术 在真空环境中，电子束熔化金属丝材，层层堆积，直接制造出近净成形的零件或毛坯1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.2 1.2 增增材制造材制造创新发展创新发展10激光铺粉选区逐层熔敷增材制造增材制造在惰性气体舱室中，激光按特定路径扫描铺粉器预先铺放的一层金属粉末（层厚20 100 m），金属熔化并与前一层形成冶金结合，如此层层堆积，形成所需实体。在惰性气体氛围中，激光熔化同步送进的粉末，进入熔池并逐层堆积。11激光喷粉直接成形激光喷粉直接成形TC17TC17钛合金叶片钛合金叶片激光直接喷粉逐层熔敷增材制造激光直接喷粉逐层熔敷增材制造1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源1.2 增材制造创新发展1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.2 1.2 增增材制造创新发展材制造创新发展12CADCAD数字化建模数字化建模 精加工后钛合金结构件精加工后钛合金结构件1000mm300mm200mm1000mm300mm200mmCAPPCAPP 数字化分层处理数字化分层处理电子束热源逐层熔敷电子束热源逐层熔敷堆积堆积CNCCNC过程控制过程控制智能化制造智能化制造闭环控形、控性闭环控形、控性基于网络的设计基于网络的设计/制造制造/服务一体化服务一体化1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.2 1.2 增增材制造创新发展材制造创新发展无需模具Free Forming降低成本降低成本,缩短周期缩短周期柔性制造Flexible Mfg.快速反应快速反应,敏捷制造敏捷制造优化性能Optimize Performances内部致密内部致密,力性良好力性良好近净成形Near Net Shape节省材料节省材料,减少切削加工减少切削加工131)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 1.3 1.3 广义增材制造14引入引入“广义增材制造广义增材制造”的概念，扩大了可的概念，扩大了可用的热源范围，更是拓展了成形制造模式用的热源范围，更是拓展了成形制造模式RPMRPMRMMRMMRBMRBMPVDCVD电化学沉积成形堆焊成形热喷涂成形冷喷涂成形喷焊成形混合制造喷射成形块体组焊快速快速原形制造原形制造快速快速模具制造模具制造快速快速生物模型制造生物模型制造金属金属零件直接制造零件直接制造快速快速制造制造以激光、电子束等以激光、电子束等为热源与为热源与CAD/CAMCAD/CAM结合分层成形结合分层成形的的狭义狭义增材增材制造制造DMMDMM金属零件直接制造广义增材制造技术群激光束电子束非金属零件直接制造生物结构直接制造熔化沉积气相沉积液相沉积受控组装其他光源其他动力形式熔融固化光固化电化学机械能焊接热源航空领域航空领域多采用多采用金属金属增材制造技术增材制造技术块体组焊1)1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源 报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1)1)3D3D打印打印/增增材制造的材制造的渊源渊源2)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革 The Modification of the Model of Aeronautical Mfg.3 3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展4)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景5)5)建议和结束语建议和结束语 16172)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革2.12.1 由集中式生产模式向分布式制造模式转型由集中式生产模式向分布式制造模式转型增材制造带来的生产模式变革增材制造带来的生产模式变革:-:-对传统模式的冲击对传统模式的冲击基于网络的设计基于网络的设计/制造制造/服务一体化模式服务一体化模式个性化、分布式制造个性化、分布式制造将成为未来拉动经济发展的重要产业将成为未来拉动经济发展的重要产业,与与传统传统集中式生产集中式生产相比相比,其优势在于其优势在于:降低成本降低成本 缩短周期缩短周期 提升效益提升效益 多元服务多元服务增材制造将决定着航空产业转型发展带来的效益增材制造将决定着航空产业转型发展带来的效益,也是也是“制造强国制造强国”“航空强国航空强国”,提升综合国力提升综合国力,增强国防实力、增强国防实力、国际竞争力的利器国际竞争力的利器.182)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革2.22.2 设计与制造融合设计与制造融合-创新设计、创新制造创新设计、创新制造 设计设计/制造一体化创新驱动发展制造一体化创新驱动发展设计制造+构构思思创创新新新型结构功能功能性能性能减重减重增材制造把设计师的奇思妙想变成实体结构增材制造把设计师的奇思妙想变成实体结构192)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革2.22.2 设计与制造融合设计与制造融合 创新设计、创新制造创新设计、创新制造空间网格结构燃料冷却流道空间网格结构燃料冷却流道超冷涡轮叶片，能够实现钛合金、镍基合金超冷涡轮叶片，能够实现钛合金、镍基合金甚至陶瓷基材料任意复杂的流道及气膜冷却甚至陶瓷基材料任意复杂的流道及气膜冷却孔的直接增材制造孔的直接增材制造增材制造把过去不敢设想的新型结构变成现实2)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革2.22.2 设计与制造融合设计与制造融合 创新设计、创新制造创新设计、创新制造结构效率最优化结构效率最优化-混合制造技术混合制造技术未来未来飞机框飞机框梁梁一体化整体结构一体化整体结构Lockheed Lockheed MartinMartin公公司司选选定定F-35F-35飞飞机机钛钛合合金金翼翼梁梁，用用电电子子束束熔熔丝丝沉沉积积混混合合制制造造技技术术替替代代整整体体锻锻件件，预预计计零零件件成成本本可可降降低低3 360%60%，单单件件可可节节省省100100万万美元。美元。增材制造成形局部增材制造成形局部凸起的耳片及筋条凸起的耳片及筋条针对波音针对波音787787飞机大型钛合金主起落架连接框专门开发了飞机大型钛合金主起落架连接框专门开发了挤挤压型材热拉弯技术及线性摩擦焊接技术压型材热拉弯技术及线性摩擦焊接技术，通过线性摩擦焊接，通过线性摩擦焊接将筋条焊接在挤压型材上，代替原有的自由锻或模锻工艺，将筋条焊接在挤压型材上，代替原有的自由锻或模锻工艺，成本可降低到原来的成本可降低到原来的1/301/30。上壁后口盖侧壁防火墙17590框机尾罩后体边条腹鳍16590框18198框激光焊接电子束焊接3D打印增材制造激光焊接激光焊接激光焊接21电子束/激光焊/3D打印增材制造钛合金后机身结构2)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革电子束焊接222)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革2.32.3 快速反应快速反应,敏捷制造敏捷制造 “鹘鹰鹘鹰”飞机项目飞机项目中使用中使用了了电子束熔丝沉积增材制造技术，单架份达，单架份达1010个个零部件零部件增材制造技术增材制造技术无需工装无需工装模具模具、制造周期短、制造周期短,成本低成本低,加工加工柔性柔性好好,即时调整设计即时调整设计/制造制造方案，实现快速响应方案，实现快速响应制造制造-航空制造所(625所)鹘鹰 报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1)3D1)3D打印打印/增增材制造的材制造的渊源渊源2)2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革3)3)国内外现状与产业国内外现状与产业发展发展 Development of Add.Mfg.Industry in China&Abroad4)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景5)5)建议和结束语建议和结束语 23 3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态Manufacturing is returning to AmericaAugust 12,2012 12:03 am(AWS This Week)美国国家战略美国国家战略:制造业重返美国制造业重返美国优先发展优先发展1 1）机器人）机器人2 2）增材制造）增材制造(3D(3D打印打印)3 3）人工智能）人工智能 五星红旗五星红旗243)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展奥巴马：奥巴马：“我们不能再等了！我们不能再等了！”成本降低一半；成本降低一半；周期缩短一半。周期缩短一半。该轮到中国人担忧了！该轮到中国人担忧了！3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态 激光增材制造25 F/A-18E激光增材激光增材超大尺寸整体框，超大尺寸整体框，因强度问题在试验因强度问题在试验中测试失败中测试失败20002000年年 美国美国AeroMet AeroMet 公司研制的公司研制的激光增材激光增材制造超大尺寸钛合金制造超大尺寸钛合金整体框整体框获准在获准在F-22F-22和和F/A-l8E/FF/A-l8E/F战斗机上使战斗机上使用。用。F-22F-22战机连接杆比传统零战机连接杆比传统零件的寿命超出件的寿命超出30%30%。同时，。同时，由于材料及切削加工的节省，由于材料及切削加工的节省，制造成本降低了制造成本降低了20%20%40%40%，生产周期也缩短了生产周期也缩短了80%80%。20052005年年1212月，美国月，美国AerometAeromet公司由于始终无法公司由于始终无法生产出性能满足主承力要求生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，的大尺寸复杂钛合金构件，没能实现有价值的市场应用没能实现有价值的市场应用而倒闭。而倒闭。3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态SciakySciaky电子束增材制造电子束增材制造飞机结构飞机结构TC4TC4梁梁 2500mm1000mm500mm2500mm1000mm500mmSciakySciaky为为 F-35F-35 Ti6Al4V Ti6Al4V 电子束增材制造电子束增材制造1313个部件，个部件，总重总重1350 kg,1350 kg,电子束：电子束：30-4230-42 kW,kW,丝材直径丝材直径3mm,3mm,熔敷速熔敷速率：率：5-105-10/h,/h,智能化智能化AMAM过程熔池形状闭环监控。过程熔池形状闭环监控。美国美国Sciaky电子束熔丝电子束熔丝增材制造增材制造F35 机翼梁机翼梁和机身框和机身框263)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展电子束熔丝增材制造 3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态DARPA Wants to Remake ManufacturingBusiness ReportThe Next Wave of ManufacturingThe military research agency hopes to design and build an amphibious tank from scratch in three years.增材增材制造研发新型制造研发新型两栖坦克两栖坦克273)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展吸取吸取F35成本高、周期成本高、周期长的教训：长的教训：采用增材制造研发新采用增材制造研发新型两栖坦克型两栖坦克;三个月完成国内网上三个月完成国内网上设计竞标；设计竞标；分布式、订制式、社会化增材制造。三年目标：三年目标：每周制造 2 台“基于网络的设计基于网络的设计/制制造造/服务一体化模式服务一体化模式”的典型实例的典型实例 3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态国外采用线性摩擦焊（国外采用线性摩擦焊（LFWLFW）的增材制造）的增材制造实例实例-替代整锻或铸造，无需模具，节替代整锻或铸造，无需模具，节材、省时材、省时283)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展线线性性摩摩擦擦焊焊 3.1 3.1 国外国外发展与产业发展与产业动态动态用线性摩擦焊置换整个用线性摩擦焊置换整个叶片叶片将将严重损毁的叶片从根部切除，严重损毁的叶片从根部切除，按预先设定的线性摩擦焊按预先设定的线性摩擦焊流程，流程，把新叶片（带装卡工艺凸台）精把新叶片（带装卡工艺凸台）精确定位后进行线性摩擦焊置换。确定位后进行线性摩擦焊置换。用用熔化熔化焊接法焊接法局部修复叶片受损局部修复叶片受损前缘前缘在在图上，从左向右（或由上而下）所显示的图上，从左向右（或由上而下）所显示的6 6个叶片分别为：个叶片分别为：1 1）叶片前缘受损，）叶片前缘受损，2 2）切）切除前缘，除前缘，3 3）焊接补片，）焊接补片，4 4）铣削加工，）铣削加工，5 5）局部热处理，局部热处理，6 6）最终光整。）最终光整。MTUMTU公司用焊接增材制造方法修复航空发动机钛合金整体公司用焊接增材制造方法修复航空发动机钛合金整体叶轮叶轮2013.62013.6巴黎航展巴黎航展293)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态起步起步不晚且已取得较大进展，不晚且已取得较大进展，形成了较好的基础形成了较好的基础，但，但在基础研究、产在基础研究、产业化发展、工程业化发展、工程应用方面应用方面相比国外相比国外有有很大差距。很大差距。尚未形成尚未形成完整的科研和产业链：完整的科研和产业链：材料材料-工艺工艺-装备装备-应用。应用。很多很多增材增材制造技术和装备国内虽都制造技术和装备国内虽都已研制成功，已研制成功，但智能化程度低于国但智能化程度低于国外先进水平外先进水平,增增材制造材制造装备的核心元器件装备的核心元器件还主要依靠还主要依靠进口。进口。材料材料的基础研究的基础研究、材料的制备工艺以及产业化方面与国外相比存在相、材料的制备工艺以及产业化方面与国外相比存在相当大的差距当大的差距,超细粉材仍依赖进口。超细粉材仍依赖进口。为此，必须尽快通过制订战略规划，实施重大工程，为此，必须尽快通过制订战略规划，实施重大工程，在国家层面推动在国家层面推动交叉创新、协同创新，大力推进多方面、多领域应用，尽快縮小差距，交叉创新、协同创新，大力推进多方面、多领域应用，尽快縮小差距，迎头赶上，取得战略主动。迎头赶上，取得战略主动。3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术313)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 北京航空航天大学与中航工业集团成立北京航空航天大学与中航工业集团成立中中航天地激光航天地激光公司公司(中航重机控股子公司中航重机控股子公司)采用激光喷粉成形采用激光喷粉成形技术研发的飞机钛合金大技术研发的飞机钛合金大型整体机身承力框关键型整体机身承力框关键构件。构件。3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术323)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展西北工业大学西北工业大学激光熔敷成形及修复技术基激光熔敷成形及修复技术基础研究扎实；近年来又引进国外先进设备，础研究扎实；近年来又引进国外先进设备，开发了小型结构激光选区熔化成形技术；为开发了小型结构激光选区熔化成形技术；为C919C919飞机研制了翼身根肋等飞机研制了翼身根肋等结构结构(长长5m)5m)33基于电子束焊接热源的基于电子束焊接热源的增材制造增材制造电子束熔丝逐层堆积成电子束熔丝逐层堆积成形增材制造技术形增材制造技术电子束选区粉材逐层熔电子束选区粉材逐层熔敷成形增材制造技术敷成形增材制造技术电子束物理气相沉积成电子束物理气相沉积成形形基于激光焊接热源的基于激光焊接热源的增材制造增材制造激光直接喷粉逐层熔激光直接喷粉逐层熔敷增材制造敷增材制造激光送丝逐层熔敷增激光送丝逐层熔敷增材制造材制造激光铺粉选区逐层熔激光铺粉选区逐层熔敷增材制造敷增材制造基于块体组焊的固相基于块体组焊的固相增材制造增材制造线性摩擦焊块体组焊固相线性摩擦焊块体组焊固相增材制造增材制造搅拌摩擦焊块体组焊固相搅拌摩擦焊块体组焊固相增材制造增材制造以及增以及增材制造技术在航空修理中的应用材制造技术在航空修理中的应用航空制造所(625所)依托依托“高能束流加工技术高能束流加工技术”重点实验室和重点实验室和“航空焊接航空焊接/连接技术连接技术”航空科技重点实验室航空科技重点实验室,2020多年来研究开发的多年来研究开发的 AMAM 技术集群技术集群3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术平尾撑杆左右平尾撑杆左右件前起交点接头左右件前起交点接头左右件唇口下接头左右件唇口下接头左右件唇口上接头左右件唇口上接头左右件343)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术-航空制造所(625所)鹘鹰“鹘鹰”飞机和歼-20、舰载机广泛使用了3D打印技术制造钛合金、钢材等主承力结构，包括整个前起落架电子束熔丝沉积成形钛合金钛合金m m电子束熔丝沉积成形技术，技术，为大飞机研制为大飞机研制了了大量结构件大量结构件。7 73)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术-航空制造所(625所)2100mm450mm300mm，162kgY-20电子束选区粉材逐层熔敷成形增材制造技术电子束选区粉材逐层熔敷成形增材制造技术在真空环境中，电子束按特定路径扫描熔化预先铺放的一层金属粉末，层层堆积，形成实体。表面状态Ti6Al4V粉末空间点阵桁架结构空间点阵桁架结构363)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术-航空制造所(625所)电子束物理气相沉积增材制造高效冷却涡轮叶片试验件373)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术 在真空中利用大束斑高能电子束（一般为2040kW）对所沉积材料进行轰击并使之熔化、沸腾进而蒸发，在基体或零件表面重新凝结、沉积形成新的功能材料（涂层）或构件。-航空制造所(625所)为某飞机机为某飞机机项目研制出不同规格的项目研制出不同规格的格栅格栅38格栅格栅3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术激光铺粉选区逐层熔敷增材制造激光铺粉选区逐层熔敷增材制造-航空制造所(625所)修复修复：TC11钛合钛合金整体叶金整体叶轮损伤修轮损伤修复复393)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术 激光喷粉熔敷成形-航空制造所(625所)增材制造用增材制造用于航空修复于航空修复线性摩擦焊块体线性摩擦焊块体组焊的固相增材制造技术组焊的固相增材制造技术整体焊接叶盘固相连接40榫头连接整体焊接叶盘高性能航空发动机提高推重比减重3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术线线性性摩摩擦擦焊焊-航空制造所(625所)413)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展线性摩擦焊块体线性摩擦焊块体组焊的固相增材制造技术组焊的固相增材制造技术 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术-航空制造所(625所)42铝合金搅拌摩擦焊技术3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展-航空制造所(625所)搅拌摩擦焊接块体组焊固相增材制造节材大幅提升材料利用率，绿色制造；节时-大幅减少铣切量和制造周期。挤压型材蒙皮薄板挤压型材 +薄板蒙皮搅拌摩擦焊433)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展 3.2 3.2 国内国内发展与产业发展与产业动态动态-技术技术 预拉伸厚铝板铣切减材加工 材料去除率达90%以上搅拌摩擦焊-航空制造所(625所)报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1 1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源2 2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展4)4)技术体系与发展技术体系与发展前景前景 Technical System&Prospects5)5)建议和结束语建议和结束语 44 4.14.1 技术体系技术体系45增材增材制造制造（AMAM）的的技术体系技术体系的内涵的内涵:0)0)设计设计/制造制造/服务一体化，服务一体化，构筑构筑产业链产业链1)AM1)AM 技术技术与方法与方法:激光激光:喷粉、铺粉、送丝喷粉、铺粉、送丝 电子束电子束:铺粉、送丝、铺粉、送丝、EB-PVDEB-PVD 其它其它:广义增材制造各类技术广义增材制造各类技术2)2)技术技术装备装备:关键元器件关键元器件,智能化高端设备智能化高端设备 与专用技术配套的特种装备与专用技术配套的特种装备3)3)材料材料制备制备:粉材粉材,超细粉超细粉 丝材各种规格丝材各种规格,适用于不同方法的系列适用于不同方法的系列4)4)后处理后处理技术与精加工技术与精加工5)5)工艺规范与工艺规范与检测检测，考核认证，考核认证6)6)技术技术标准标准（20112011成立成立ISOISO增材制造标准化增材制造标准化委员会委员会ISO/TC 261）4)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景 4.2 4.2 技术体系技术体系-新型装备新型装备目前国内最大的电子束熔丝沉积成形设备，工作范围2.1m0.6m0.85m国内第一台电子束熔丝沉积成形设备，获部级科技进步二等奖研制的大型电子束熔丝沉积成形设备，达到国际先进水平工作范围1.5m0.8m3mm0.8m3m电子束熔丝沉积设备 突破突破的关键技术的关键技术（1 1）熔丝沉积路径规划数据处理软件）熔丝沉积路径规划数据处理软件;（2 2）高品质电子束源；）高品质电子束源；（2 2）精密多轴送丝装置及控制系统；）精密多轴送丝装置及控制系统；（3 3）系统集成技术；）系统集成技术；（4 4）综合控制系统。）综合控制系统。464)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 4.2 技术体系技术体系-新型装备新型装备激光多功能沉积成形装备具备送丝、送粉、温控、除氧、除尘等功能(惰气体舱3m3m2.5m）激光同轴送粉熔敷设备突破突破的关键技术的关键技术：（1 1）路径规划数据处理软件；）路径规划数据处理软件；（2 2）惰性气体气氛控制技术；）惰性气体气氛控制技术；（3 3）系统集成技术；）系统集成技术；（4 4）高效激光熔敷加工头；）高效激光熔敷加工头；（4 4）综合控制系统。）综合控制系统。474)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 4.2 技术体系技术体系-新型装备新型装备激光选区熔化设备 突破突破的关键技术：的关键技术：（1 1）激光高速扫描控制技术；）激光高速扫描控制技术；（2 2）系统集成技术；）系统集成技术；（3 3）气氛净化处理技术；）气氛净化处理技术；（4 4）数据处理软件）数据处理软件（5 5）精密铺粉装置）精密铺粉装置金属激光选区成形设备，工作范350mm350m500m484)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景-航空制造所(625所)4.2 4.2 技术体系技术体系-新型材料新型材料金属球型粉材激光选区熔敷时的粉材品质与熔池形状的差异影响成形质量Cross sectionCross section粉材品质成形质量表面状态494)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景 4.2 4.2 技术体系技术体系-新型材料新型材料制备制备504)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景JW-150G型型制粉炉(航材院航材院)冷壁坩埚制粉炉(航材院航材院)电子束熔丝成形电子束熔丝成形TC4TC4的材料制造技术体系的材料制造技术体系钛合金TC4系列丝材：TC4-EM、TC4-EH；钛合金TC18系列丝材：TC18、TC18EH 正在研究：高温钛合金丝材：TC11、TC17 中强钛合金丝材：TA15、TA15EH 损伤容限钛合金丝材：TC4ELI、TC21 高温合金GH4169G、超高强度钢A100丝材未来发展钛合金系列：中强、高强、高温、损伤容限高温合金系列钢系列：超高强钢AF1410、A100，不锈钢铝合金系列：2000系列航空铝合金研究开发增材制造材料体系：丝材成分的设计、选配，使之在熔敷成形及后处理过程中组织结构与力学性能可优化、可调控。(真空条件下熔池中元素的烧损与蒸发)514)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景 4.2 4.2 技术体系技术体系-新型新型丝丝材材-航空制造所(625所)后处理后处理成形工艺成形工艺成分成分构件性能构件性能可设计、可调控可设计、可调控1、普通合金 TC4TC42、优化普通合金TC4-EMTC4-EM3、特殊合金化合金TC4-EHTC4-EH4、细晶型合金TC4-EFTC4-EF1、低速单向2、高速往复 层间同向3、双丝往复 层间交叉4、路径跳跃控制残余应力和凝固组织1、固溶+空冷+时效2、固溶+风冷+时效3、固溶+油冷+时效4、均一化+固溶+油 冷+时效优化组织和性能电子束电子束熔丝增材制造熔丝增材制造TC4TC4钛合金的钛合金的材料-工艺技术体系524)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景 4.2 4.2 技术体系技术体系-新型材料新型材料综合性能与锻件相当综合性能与锻件相当-航空制造所(625所)关于加快我国关于加快我国增增材材制造制造(3D(3D打印打印)技技术术与与产业产业发展发展的建议的建议(2013(2013年年9 9月月1616日日)在十三五启动战略规划在十三五启动战略规划未来十年我国实施未来十年我国实施“重点突破、面上推广、重点突破、面上推广、专项带动、协同创新专项带动、协同创新”的战略方针的战略方针，采取国，采取国家主导、市场推动的方式，加快创新驱动发家主导、市场推动的方式，加快创新驱动发展增材制造技术与产业，促进展增材制造技术与产业，促进产业转型升级，产业转型升级，提升综合国力和国际市场竞争力提升综合国力和国际市场竞争力,增强国防实增强国防实力力 534)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景4.3 4.3 国家国家战略战略发展发展 2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。迎接第三次工业革命中制造产业的转型升级英国经济学人杂志英国经济学人杂志认为认为：增材制造将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”544)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景 4.4 4.4 发展发展前景前景 以大力发展以大力发展増材制造为契机増材制造为契机,实施实施“基于基于网络的设计网络的设计/制造制造/服务一体化服务一体化工程工程”促进促进航空制造航空制造创新创新驱动发展驱动发展与与产业转型产业转型升级升级,这对于这对于型号不断更新的航空型号不断更新的航空工业，工业，意义尤为重大意义尤为重大，提升综合国力和国际市场竞争力提升综合国力和国际市场竞争力,增强国防实力增强国防实力 !报报 告告 提提 纲纲 ContentsContents 3D打印与广义增材制造3D Printing&Generalized Additive Manufacturing1 1)3D3D打印打印/增增材制造的渊源材制造的渊源2 2)航空制造模式的大变革航空制造模式的大变革3)3)国内外现状与产业发展国内外现状与产业发展4)4)技术体系与发展前景技术体系与发展前景5)5)建议和结束语建议和结束语 55565)5)建议和建议和结束语结束语1)1)关注并争取在国家发展规划中关注并争取在国家发展规划中,承担优先发展承担优先发展“重中之重重中之重”领域的重任领域的重任,制定航空工业增材制造技术制定航空工业增材制造技术发展路线图:基础研究、发展阶段基础研究、发展阶段、能力、能力建设、应用建设、应用目标、产业发展等目标、产业发展等。2)2)加强基础研究创新的源泉创新的源泉:方法原理与技术创新方法原理与技术创新,设计设计/制造一体制造一体化理念与组织实施的创新化理念与组织实施的创新,高端装备与智能化系统研发高端装备与智能化系统研发,新材料与新结构新材料与新结构研发研发,标准与规范制订标准与规范制订,结构完整性评定结构完整性评定.3)3)在科学验证在科学验证的基础上的基础上,稳步稳步扩大产品应用,尤其要重视尤其要重视航空发动机航空发动机新材料新结构的应用研究。新材料新结构的应用研究。4)4)把握新工业革命的机遇把握新工业革命的机遇,以以推进增材制造为契机推进增材制造为契机,推进航空制造产业转推进航空制造产业转型升级型升级,迎接迎接从集中生产模式向从集中生产模式向分布式、订制式、社会化分布式、订制式、社会化生产模式的转变生产模式的转变;实施实施 “基于网络的设计/制造/服务一体化工程”.敬请批评指正敬请批评指正 谢谢 谢！谢！57