0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

我国增材制造技术的应用方向及未来发展趋势

电子工程师 来源:lp 2019-03-12 14:56 次阅读

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,同时指出了中国增材制造技术发展中面临的挑战。

卢秉恒院士

增材制造对于中国制造而言非常需要,因为中国企业的制造能力往往很强,但是产品的开发能力严重不足,而增材制造可以为我们补足这个短板,它可以先把我们的设计利用很短的流程进行迭代,作出样机、评价、分析,确定了设计之后再进行生产。增材制造最近几年发展非常快,年增长率几乎在百分之二十几到百分之四十几。其中,FDM尤其迎合了创客的需要和教育的需要,发展非常快。SLA在产品开发中发挥了重要作用。对大型金属结构件来说,用丝材进行熔化堆积可能是更好的方法,它的能源可以是激光的,也可以是电子束的,也可以是电弧的,就像传统的电焊一样。这个技术已经可以做到尺寸大于2米、5米,甚至已经做到8米。我们实验室已经做到2米,正在做5米、6米的装备。还可以把许多传统制造技术结合用于3D打印。用层层堆积的概念,例如铸造,可以进行一层层薄层铸造来形成3D打印新的技术。我们有一个专利,在每一层铸造中采取锻打的办法,来提高它的强度,增加结构材料的致密度,来提高它的性能。我们也做了很多堆焊的实验,认为是大型结构件高效的制造方法,可以达到每小时5公斤甚至10公斤。

3D打印理论研究需加强

在金属3D打印中一个最重要的问题是怎么样能够使结构件强度提高,这里面有很重要的问题需要进行研究。无论是铸造还是锻压,人们都一直在研究凝固学理论,但是铸造和焊接中熔池规模比较大,所以在宏观的体积内来进行冷却和凝固。在3D打印中无论是激光束还是电子束,它的熔池比较小,所以从理论分析,小的熔池产生的缺陷肯定要小得多,所以材料结构的强度能够得到提高。但是怎么样控制它的一些晶粒的生长。冷却速度影响晶粒的大小,影响了结构强度。金属材料的3D打印是一个在强非平衡态凝固学理论,但可惜现在还没有能够完全弄清楚这一科学问题。对增材制造件的应力分析还处于实验阶段,还不能形成很好的理论来指导这一过程。最近几年增材制造一些创新不断涌现,像面曝光的技术,用光固化的原理,材料像拉拔一样快速成形,这样使效率提高了50倍到100倍。像金属打印,用一体液态金属打印的概念也出来了,实际上是用光固化的材料加上金属粉末,也可以把陶瓷粉末用于这个办法进行打印。打印过以后需要进行脱脂、烧结。所以3D是一个崭新的概念,但是在这个崭新的概念中可以把传统的制造技术进行融合,来产生一些新的创新技术。

功能梯度材料越来越被重视

将材料分层,不同材料打印在不同层,我们就可以得到表面是耐磨的、耐腐蚀的,里面的是高强度的,韧性好的,再里面就像人体的骨头一样,是一个疏松的蜂窝状结构,增强刚性的同时减轻重量。这些技术在航空航天都有了很重要的用途。而复合材料的应用,也是一个非常重要的方面。需要关注的是,在温度变化时界面会发生什么样的变化,承载时界面之间的作用力。3D结构形成的过程与正常工况、温度环境和其他物理环境不一样,这样会不会引起界面内应力的增加而影响性能,这都是需要研究的问题。在这方面应用前景还是非常广的,像汽车、飞机和航天结构,都需要在减轻重量的同时保持高的强度或高的刚度,就需要复合材料。当然纤维复合材料中有长纤维的复合材料,像碳纤维的汽车车身,当然也可以用短纤维的复合材料去制造,这里3D打印是有优势的。长纤维复合材料车身的制造可能技术上还有很多的难关,在表面比较展开的一些曲面是比较容易制造的,但是在曲面变化比较大的一些凹凸结构的比较难以实现。但我们也可以用短纤维或树脂复合解决这个问题,也可以达到很好的强度。

所以综合我们所获得性能的改善以及经济性和工艺可实现性,之间要平衡。这在汽车制造中,我认为可能是前景比较大的。短纤维复合材料可能更容易实现,因为它仍然可以用模具制造,所以能够适应汽车大批量生产。当然,长纤维的也可以用来制造样车,在样车制造中我们可以花费比较大的代价来完成一些更好的性能。所以3D打印在应用中要发挥它更好的效应,必须和传统的制造相结合,来综合平衡它的性能和成本。

3D打印的应用场景呈现高端化趋势

3D打印在各种高端制造领域得到了很大的发展。由于3D打印对复杂形状零件的适应性,它可以把很多零件集成在一个零件上,在航空航天中,火箭发动机零件个数就减少了80%,可以把很多焊缝用3D打印来实现,甚至有说法提出3D打印的出现会不会使焊接变得没有用了,当然这不是绝对的,但是很多方面可以用3D打印来代替,这样来减少焊缝带来的强度的破坏以及一些可能发生的故障。3D打印用于建筑,现在也开始了很多探索,目前打印低层建筑日渐成熟,用的越来越广泛了。高层的建筑还有一定的难度,这方面有待于材料的改进和材料打印工艺的发展。西安交大从上个世纪九十年代就开始3D打印技术,但主要是完成以3D打印为核心产品快速开发的技术,这方面和传统的制造技术相结合,用拷贝的办法去制造模具,而拷贝的模型是3D打印出来的。例如我们做家电设计的时候可以用硅橡胶去复制模具。我们在做汽车覆盖件的时候可以用金属喷涂法覆盖模具,我们曾经用100天时间做了两款车全部外覆盖件的模具,成本就是100万人民币,如果我们传统制造的办法投入要几个亿甚至是10亿以上,要一年多的时间,所以这样就大大节约了产品开发中所需要的费用和时间。所以,3D打印应用的领域越来越宽广,从民用的消费品、文化创意产品、建筑的设计到航空航天的结构,这方面国内很多研究单位做了大量的工作,已经用在飞机结构件的承载件,例如C919的很多零件上。现在中国民用飞机也有自己的目标,像上海商发准备80%发动机的零件都用3D打印来支持研发,GE公司也已经有三分之一的飞机发动机零件用3D打印进行生产,所以这方面越来越显示3D打印的技术颠覆性。

3D打印面临的挑战

3D打印面临的挑战包括怎么样从控形到控形控性,从宏观到微纳, 从制造到创造,从地球到太空,以及如何多学科交叉推动技术创新。微纳3D打印的作用是什么呢?第一,现在做智能制造需要很多的传感器,传感器以前是微电子工业制造的,它必须有很大的批量才划算,例如要上百万件。但是制造业所需要的一些量非常小,批度非常多,就适合用3D打印来制造。3D打印按照我们能够制造复杂形状的优势和对产品结构进行改造,进行再设计,再设计的结果可以使很多零件结合一个零件。第二,使热交换效率得到很大提升,可以使我们用很少的材料达到非常强的刚度和硬度。以后还会从地球发展到太空,我们把很多制造任务能不能放到太空中去?因为太空虽然有很多不利的条件,但是也有很多有利的条件,它没有重力,我们可以用一个小的设备去制造大的零件。它接近真空,所以就不会像钛合金的打印必须在氩气保护下去做。同时,中国3D打印在应用领域做的还是不错的,但是我们在自己原创的装备、原创的技术方面有相当大的差距,我们希望能够通过多学科的交叉,和材料领域、信息领域,和生物医疗领域进行交叉,来推动技术的创新。

3D打印未来发展趋势

第一,我们相信3D打印产业逐渐会成为各行各业产品开发的利器;我们希望今后五年到十年各个领域都用3D打印技术开发自己的产品和装备。第二,从批量生产走向个性化定制;制造业目前是大批量生产,但是我们怎么走向个性化定制,增材制造可以发挥非常重要的作用。像现在海尔使他们的设计师和用户通过网络的交互,来进行个性化产品的设计,但是在制造方面他们还是遇到了困难,在个人消费品领域有可能3D打印就成为一个取代传统制造的方式。第三,大型企业跨界介入促进行业发展;例如GE公司,他们用3D打印革新了发动机的零件,带来很多的订单。他们专门成立了3D打印增材制造公司,并且投入很大的资金来进行研发活动。所以3D打印真正的创造价值大并不在于卖多少打印设备,也不在于卖多少打所材料,而是怎么样把3D打印技术用到各行各业,所以这就需要各个领域制造业的企业共同参与,所以它不是一个专业队伍的事,是一个制造业整体的事,它是一个共性技术。第四,标准研究引领发展;目前,3D打印发展中标准是一个约束,很多低端、高端混在一起,一些用户辨不清,发展中出现了劣币驱逐良币的现象,同质化的发展、低价位的竞争,这也是中国制造往往会出现的一些毛病、缺陷。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 制造技术
    +关注

    关注

    1

    文章

    110

    浏览量

    14195
  • 3D打印
    +关注

    关注

    26

    文章

    3457

    浏览量

    107561
  • 智能制造
    +关注

    关注

    48

    文章

    5040

    浏览量

    75497

原文标题:卢秉恒院士:我国增材制造技术发展趋势及应用

文章出处:【微信号:BIEIqbs,微信公众号:北京市电子科技情报研究所】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    视觉上下料技术在智能制造领域的发展趋势如何呢?

    视觉上下料技术在智能制造领域的发展趋势 在智能制造的大潮中,视觉上下料技术凭借其独特的优势,逐渐成为生产线上的“明星”。它不仅提高了生产效率
    的头像 发表于 01-31 17:18 177次阅读

    静压主轴的应用、优势及发展趋势?|深圳恒兴隆机电a

    静压轴承,无需能量转换,能够降低能源消耗。同时,无需润滑剂也减少了环境污染。三、静压主轴的发展趋势1、更高速度随着加工工艺的进一步提高,对静压主轴在高速度下的稳定性和精度要求也越来越高。因此,未来
    发表于 01-22 10:32

    DC电源模块技术未来发展趋势

    BOSHIDA DC电源模块技术未来发展趋势 随着科技的不断发展,DC电源模块技术也在不断演进。以下是DC电源模块
    的头像 发表于 01-11 15:57 146次阅读
    DC电源模块<b class='flag-5'>技术</b>的<b class='flag-5'>未来</b><b class='flag-5'>发展趋势</b>

    UL9540A测试的未来发展趋势及影响

    UL9540A测试的未来发展趋势及影响将主要体现在全球标准化、技术创新推动、市场需求增加和产业链协同发展等方面。
    的头像 发表于 10-26 13:11 631次阅读
    UL9540A测试的<b class='flag-5'>未来</b><b class='flag-5'>发展趋势</b>及影响

    未来十年显示技术发展趋势

    的有利态势。国家新型显示技术创新中心联合中国光博会主办首届新型显示璀璨展,于9月在深圳国际会展中心(宝安)2号馆举办。 CINNO 创始人陈丽雅受邀参加首届新型显示璀璨展并发表主旨演讲《未来十年显示技术发展趋势预》。  
    的头像 发表于 09-11 09:22 886次阅读

    面部表情识别的未来发展趋势和应用前景

    面部表情识别技术作为一项人工智能技术,具有广泛的应用前景和未来发展趋势。本文将探讨面部表情识别的未来发展
    的头像 发表于 08-29 18:22 687次阅读

    芯片制造电子电镀技术的研究现状与发展趋势

    , 梳理了芯片制造电子电镀表界面科学基础的研究现状、发展趋势及面临的挑战, 凝炼了该研究领域急需关注和亟待解决的重要基础科学问题, 探讨了今后5~10年的科学基金重点资助方向, 为国家相关政策的总体布局提供有效的参考建议.
    的头像 发表于 08-28 16:49 1531次阅读

    现代光制造技术及其发展趋势

    制造方面起着无可替比的作用。通过对国外研究动向的分析,光制造技术发展趋势将重点定位在微结构、微刻蚀、微工具以及多功能性微技术、微工程的研究
    的头像 发表于 08-24 16:34 231次阅读
    现代光<b class='flag-5'>制造</b><b class='flag-5'>技术</b>及其<b class='flag-5'>发展趋势</b>

    人工智能的未来发展趋势

    人工智能的未来发展趋势  人工智能(Artificial Intelligence,AI)是一种模拟人类智能的计算机科学技术,它的发展已经改变了我们的生活方式。随着AI
    的头像 发表于 08-15 16:07 7113次阅读

    一文解读AI未来发展趋势、影响和挑战

    人工智能(AI)是一项重要的技术领域,已经在许多领域中取得了显著的进展。AI的未来充满了无限的可能性和挑战,这篇文章将探讨AI的未来发展趋势、影响和挑战。
    的头像 发表于 06-28 17:21 2877次阅读

    半导体工艺与制造装备技术发展趋势

    摘 要:针对半导体工艺与制造装备的发展趋势进行了综述和展望。首先从支撑电子信息技术发展的角度,分析半导体工艺与制造装备的总体发展趋势,重点
    发表于 05-23 15:23 984次阅读
    半导体工艺与<b class='flag-5'>制造</b>装备<b class='flag-5'>技术发展趋势</b>

    UWB人员定位未来发展趋势

    等优势。未来几年,UWB发展趋势主要有以下几个方面: 5G和UWB的结合。5G是未来的核心通信技术,而UWB可以为5G提供更高精度、更可靠的位置信息,两者的结合将会推动物联网、智能
    的头像 发表于 05-19 09:03 301次阅读
    UWB人员定位<b class='flag-5'>未来</b>的<b class='flag-5'>发展趋势</b>

    增材制造技术发展趋势有哪些

    增材制造技术发展趋势有哪些 增材制造或3D打印彻底改变了部件制造。借助分层制造金属或塑料产品组件的能力,可以很容易地
    发表于 04-26 14:23 1129次阅读

    德索fakra连接器未来发展趋势

    德索五金电子工程师指出,关于fakra连接器发展趋势,您了解多少,在下文中,我们将分析一下fakra连接器的发展趋势,让各位读者对fakra连接器行业有一个宏观的认识。相信各位fakra连接器行业从业者,也不希望每天过得稀里糊涂的,所有了解一下fakra连接器
    的头像 发表于 04-10 17:45 499次阅读
    德索fakra连接器<b class='flag-5'>未来</b>的<b class='flag-5'>发展趋势</b>

    mcu具有什么功能?未来的创新发展趋势是什么?

    完成高速的外设,所以32位MCU的执行及运算速度会更快,程序记忆体更大,一般适用于高档的产品,例如扫地机器人、高阶智能锁等。 二、MCU未来的创新发展趋势是什么? 目前来看,国内MCU“赛道”可算是
    发表于 04-10 15:07