我国增材制造技术的应用方向及未来发展趋势

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,同时也指出了我国增材制造技术发展中面临的挑战。     

复杂断层轮廓集分段分面三角化表面重构

针对多嵌套、多分支任意复杂断层轮廓集的三角化表面重建,提出一种基于轮廓拓扑分类编码和结构识别的分段分面表面重构方法(DS-P).通过设计一种拓扑编码方案,提出确定轮廓匹配关系、分支及分支类型的准则;讨论了多轮廓合并、单轮廓分裂及嵌套分支、连通分支处理方法;设计了任意复杂断层轮廓集表面重建的软件系统架构和工作流程.实验结果表明,该方法应用简单、运算效率高、可靠性强.与经典方法和BPLI方法相比,文中方法不仅能更好地处理轮廓匹配中的二义性及分支问题,还能有效地解决导致BPLI方法失效的投影面内边重叠和多重交叉、轮廓嵌套、轮廓严重偏置、轮廓线释放等情况下的表面重构问题.     

多因素耦合条件下数控机床进给系统负载惯量比的综合分析与设计

负载惯量比是数控机床进给系统性能分析与设计的重要内容,数控机床的高速化、高精度化发展使得负载惯量比的优化选择问题更加突出。这要求设计者能够系统地分析负载惯量比与系统性能之间的相互关系,并为之提供负载惯量比的精确有效的设计方法。采用双惯量机械系统模型,通过解析分析与数值试验相结合的方法,分析负载惯量比与能量匹配效率的关系;分析了半闭环与全闭环两种控制结构下负载惯量比与控制增益上限、闭环频率特性以及抗干扰动刚度的关系;并在此基础上给出了数控机床进给系统负载惯量比的设计步骤与方法。为数控机床的设计者提供一种在多因素作用下设计最优负载惯量比的方法,具有理论和实际的工程价值。     

支持动态联盟的制造资源信息建模

敏捷制造是一种分散网络化制造,它是适应市场需求,替代大批量生产的新的制造模式。制造资源信息建模是实现敏捷制造的关键技术。;基于面向对象方法和ＳＴＥＰ标准建立了支持动态联盟的制造资源信息模型,除支持产品设计和制造的功能外,强调其支持动态联盟。制造资源信息分为概括信息制造能力信息２类,制造能力信息通过设备信息,产品信息和工艺能力信息表达。     

基于RP的生物活性仿生制造研究

仿生制造是人类制造技术发展的高级形式。对它的研究,不同的学者提出了不同的见解和实施方法。根据对仿生制造发展的认识,重新定义了仿生制造的概念。基于迅速发展的ＲＰ技术和生物医学技术,从全新的角度提出仿生制造实施的新途径－基于ＲＰ的生物活性仿生制造方法,论述了此技术的理论基础和实施手段。理论上该方法可以制造任意形状的生物活性结构。     

激光烧结金属粉末制造微型机械的研究

采用激光直接烧结微细金属粉末技术制造3维微型机械。分析了采用不同激光器进行烧结的优缺点,总结了多种工艺参数,包括激光功率密度、扫描速度、离焦量对烧结精度的影响,并给出部分烧结样件以及多种材料集成的扫描电镜显微照片,同时提出采用电子束烧结亚微米级粉末成形微米级3维微型机械的设想。     

基于RP/RT/RE技术的金属板料冲压成形回弹误差补偿系统

针对冲压件回弹误差，建立了基于RP／RT／RE技术的三维复杂形状板料冲压成形回弹误差精度闭环控制系统。以回弹误差为控制目标，以线性控制系统、空间Fourier变换和频域传递函数为理论基础，基于模具实验迭代，建立了模具回弹误差补偿修正算法，并首次将该算法应用于三维复杂形状板料冲压模具制造过程。工程实例表明，该系统对于三雏自由曲面板料冲压模具制造具有良好的工程实用价值，特别能对冲压件回弹误差进行有效补偿。     

灌水器内圆弧形流道的液固两相流场分析

针对迷宫流道灌水器结构细微复杂等特点，利用计算流体动力学方法对其流道内流场进行液固两相数值模拟。采用雷诺应力模型和壁面函数法模拟流体流动，采用离散相模型跟踪颗粒运动轨迹。研究表明，每个单元流道不同部位的流体流速相差较大，在圆弧顶部和右下侧均出现不同大小的漩涡，沿流动方向漩涡呈扩大趋势；小颗粒的跟随性比大颗粒的跟随性好，但更易受湍流脉动的影响，部分颗粒会在涡团中心处沉淀下来，导致流道堵塞，灌水器的堵塞实验结果验证了数值分析的正确性；相对颗粒直径而言，颗粒密度对其运动轨迹的影响要小得多。     

一种低功率实现高表面质量的细丝增材制造试验研究

针对在轨制造功率约束与金属增材成形高能量输入的矛盾问题,提出一种激光焦耳复合热源金属细丝增材制造工艺,激光功率仅约50 W,成功制造了宽高比高达40的薄壁结构,使用焦耳热加热丝材可以大大减少激光的功率,从而控制总的热输入,并对成形过程进行有效的热量管理,引入热阻概念进行递变参数优化的方法,有效减小了增材制造特有的台阶效应,成形件表面质量好,表面粗糙度Ra小于5 μm,优于激光选区熔融（Selective laser melting,SLM）工艺,同时,成形件无气孔和裂纹等缺陷,成形件的抗拉强度、致密度以及硬度分布等性能指标,也很接近制造原材料。结果表明,该激光焦耳细丝沉积（Laser Joule fine wire deposition,LJ-FWD）工艺,可以成为高表面质量零件增材制造的一个有吸引力方案,特别适合应用于太空在轨增材制造的快速成形。     

金属直接成型技术的发展与展望

对当今快速成型技术的研究热点———各种金属直接成型技术进行了介绍和分析 ,提出了堆焊与数控铣削相结合的成型工艺方案