激光增材制造及其工业应用培训讲学.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/9/10,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/9/10,#,激光增材制造及其工业应用,17121593,马栋,03,04-05,06-07,技术简介,技术原理,技术背景,09,08,技术优缺点,技术应用,技术背景：,传统,金属,零件增材,或 受迫成形制造,方法为锻造和铸造,。,传统,锻造是一种利用 锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获 得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方 法。铸造是指将固态金属熔化为液态倒入特定形状的 铸型，待其凝固成形的加工方法。,但传统的加工方法往往,工序多、工,模具,成本高、从设计到零件制造周期 长，且对具有复杂内腔结构的零件,往往,无能为力，难以满足新产品的快速 响应制造需求。,20,世纪,90,年代以来，随着激光技术、计算机技术、,CAD/CAM,技术以及机械工程技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在,激光,熔覆技术和快速原型技术基础,上应运而生,。,传统锻造,传统铸造,技术简介,激光增材制造或称,3D,打印技术，是基于微积分的 思想，采用激光分层扫描、叠加成形的方式逐层增加材 料将数字模型转换成三维实体零件。相对于传统的材 料去除技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法,。它的,形成,过程为高,功率激光束在,基体上,聚焦形成熔池，金属粉末同时被同轴送粉器送入熔池 中。金属粉末在熔池中与基体熔液融合，并随着激光束 的移动，在液体表面张力的作用下熔池开始向着激光束 移动方向运动，前面的熔液固化形成沉积层，激光束移 动的轨迹便是沉积层的形成轨迹。,技术简介,关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材制造是指不同的能量源与,CAD/CAM,技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。,技术原理,激光熔,覆技术,利用激光束,将合金,粉末与基体表面迅速加热并熔 化，快速凝固后形成稀释率,低、呈冶金,结合的表面涂层，从而显著改善基 体表面的耐磨、耐蚀等性能的表面改 性技术，其材料供应,方式为预置法和同步,送粉,法。该,技术具有,热影响区,小、可获得具有良好性能的支晶微 观结构、熔,覆件变形,比较小、过程,易于,实现自动化等优点，已 广泛应用于耐磨涂层和 新材料,制备。若,同种金属材料多层熔 覆，熔覆层间仍属于良好 的冶金结合，这为制造,和修复,高性能致密金属零 部件提供了可能性。,快速原型技术,激光熔,覆技术,同轴送粉,侧向送粉,预置法,技术原理,激光熔,覆技术,快速原型技术,快速原型技术,快速原型技术是一 种基于离散,/,堆积成形 思想的新型制造技术，是集成计算机、数控、激 光和新材料等最新技术 而发展起来的先进产品 研究与开发技术。其基 本过程是将三维模型沿 一定方向离散成一系列 有序的二维层片；根据 每层轮廓信息，进行工 艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成 形机制造一系列层片并 自动将它们联接起来，得到三维物理实体,5-6,。这样将一个物理实体的 复杂三维加工离散成一 系列层片的加工，大大 降低了加工难度，且成 形过程的难度与待成形 的物理实体形状和结构 的复杂程度无关。该技 术的主要特点有：高柔 性，可以制造任意复杂 形状的三维实体；,CAD,模型直接驱动，设计制 造高度一体化；成形过 程无需专用夹具或工具；无需人员干预或只需较 少干预，是一种自动化 的成形过程,CAD,模型,离散分层及扫描路径规划,沉积,零件完成,技术优缺点,优点,（,1,）制造速度快,，节省,材料,，降低成本,;,（,2,）不需,采用模具，使得,制造成本降低,15%30%,，生产,周期节省,45%70,%;,（,3,）,可以生产,用传统方法难于生产甚至不能 生产的形状复杂的功能金属零件；,（,4,）可在零件不同部位形成不同,成分,和组织的梯度功能材料结构，不,需反复,成形和中间热处理等步骤,；,（,5,）激光直接制造属于快速凝固过程，,金属,零件完全致密、组织细小,，性能超过,铸件,；,（,6,）近成形件可直接使用或 者仅需少量的后续机加工便可使用。,缺点,（,1,）,成形件内部,存在气孔，,气孔形貌呈规则球形或类球形，分布具有随机性,;,（,2,）成形件内部存在,熔合不良和开裂,，,熔合不良缺陷形貌不规则，多分布在熔覆层间或道,间,。,技术应用,激光增材制造高性能钛合金在航空,航天领域,的研究,进展,高性能,钛合金增材制造技术在航空航天领域的 应用最早始于美国,AeroMet,公司,，它是世界上第一 家掌握钛合金结构件激光增材制造并成功实现装机 应用的企业,。,AeroMet,公司,在美国军方的资助下，,同波音、,洛克希德马丁,公司,等军用飞机制造 商密切合作，开展飞机机身钛合金复杂结构件激光 增材制造技术研究，,于,2001,年起,开始小批量为波音 公司生产钛合金飞机零件。北京航空航天大学是国内最早利用激光增材 制造技术研究并制备出钛合金工业用件的研究机构。王华明教授及其科研团队,于,2005,年,7,月,成功实现 激光快速成形,钛合金,飞机角盒、,钛合金,飞机座椅支座及腹鳍接头等四种飞机钛合金次承力 结构件在三种飞机上的装机应用，并制造出了迄今 世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成 形工程化,成套设备,2013,年其,团队成功成形出歼,31,战机,“眼镜式”,钛合金,主承力构件加强框，标志着 我国高性能钛合金增材制造技术进入世界的,领先地位。,钛合金主承力构件加强框,18E/F,翼根吊环,航空发动机单叶轮零部件,航空发动机多,层复合整体叶轮,技术应用,激光增材制造高性能钛合金在,生物医学领域,的研究进展,由于钛合金具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等特点而被广泛应用于生物医 学方面，特别是骨植入和牙修复领域，但其制作大多 是采用锻造或铸造方法，加工工艺复杂、制造周期 长。然而，为了避免杨氏模量上的差异使得载荷不 能由植入体很好的传到相邻的骨组织，造成应力屏 蔽现象，致使植入体周围出现骨应力吸收，导致植入 体的松动和断裂，就必须通过制备多孔材料或采用合金化来降低钛合金的杨氏模量，其工艺复杂性自 然就会上升，这,就体现,了激光增材制造的,工艺优势。,激光增材制造人体脊柱,激光增材,制造技术,成形,的钛合金膝盖骨,Thank you,