金属3D打印数字化制造研究进展

数字化制造将传统的制造过程转化为数字模型,实现对整个制造流程的智能控制,进而快速生产出满足要求的产品。金属3D打印是一个具有多物理场强耦合作用、过程强时变扰动、内禀关系非线性以及多变量与多目标等特点的复杂物理过程,实现金属3D打印全流程的数字化控制,有望解决当前3D打印零件质量一致性和性能稳定性低的瓶颈问题,推动高质量3D打印技术的发展。本文首先分析了金属3D打印的技术特征和数字化制造的基本内涵,随后从3D打印过程数据在线监测、数字化仿真、物理与信息系统交互3个方面综述了金属3D打印数字化制造的研究进展,最后讨论了数字化制造在金属3D打印领域的未来研究重点,展望了发展前景。     

3D打印医用钛合金研究进展

钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足"精准医疗"的诊疗目标。3D打印技术以其丰富的加工方式在医用钛合金方面应用优势逐渐凸显。本文介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。     

光固化3D打印陶瓷型芯技术的研究进展

概述了几种光固化3D打印技术的原理,简要介绍了3D打印制备陶瓷型芯的工艺过程,阐述了国内外研究进展和已经取得的研究成果,并展望了3D打印陶芯型芯未来的发展方向.     

生物3D打印技术及组织工程应用研究进展

生物3D打印技术基于增材制造思想,有望实现细胞、生物材料等生命物质的自由成形,构建具有仿生天然组织复杂性和异质性的三维组织结构。经过近20年发展,生物3D打印已成为组织工程的主流技术之一,应用于多种组织的构建。综述了生物3D打印的基本技术类型及其在不同组织上的应用现状。     

3D打印:技术和应用

3D打印将变革制造所有产品的方式,被誉为"第三次工业革命"。3D打印实质为增材制造(material additive manufacturing)技术,即逐层叠加的方法直接制造零件原型。本文对快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术的发展及应用做了概述,采用典型实例介绍了3D打印在航空航天、体育、医疗和教育方面的应用。3D打印具有实现近净成型,易加工小型零件和复杂零件,可制造个性化、定制产品等优点,目前,设备价格及打印材料是制约3D打印市场化的主要因素。未来3D打印可能成为我们必备的家用电器之一。     

定制型钛合金植入物的光固化3D打印及精密铸造

为了准确、及时地制造定制型钛合金植入物,提出利用光固化3D打印方法构建精密铸造熔模和整体型壳注模的制壳方法。结果显示,通过这种方法定制的钛合金植入物能够准确地反映患者的个体特征,所铸造的定制型植入物的化学成分、力学性能和精度均满足相应国家标准和医药行业标准,满足临床植入的要求,已完成临床案例100余例。     

3D打印医用钛合金多孔材料力学性能研究进展

钛合金多孔材料具有与人体骨匹配的弹性模量,可有效解决金属植入物与人体骨弹性错配;其内部存在的大量孔隙有利于周围细胞的长入和新骨的生长,从而促进骨组织形成。近年来,增材制造(3D打印)技术被用于钛合金多孔材料制备,该方法可以精确控制孔隙参数,并且克服了因金属高熔点造成的制备困难。本文综述了作者团队在3D打印医用Ti-6Al-4V、纯Ti以及低模量钛合金多孔材料组织及力学性能的研究结果。对于Ti-6Al-4V两相合金,其疲劳性能受多孔结构设计和多种后处理的影响。纯Ti多孔材料较Ti-6Al-4V更优的疲劳寿命源于其更好的塑性和形变孪晶的应变硬化效应。低模量Ti2448合金的优异疲劳寿命则源于其超弹性提高裂纹萌生寿命,高韧性提高裂纹扩展寿命。最后展望了复杂生理环境腐蚀疲劳性能、多孔材料表面生物活化处理和新型医用金属体系多孔材料等发展方向。     

3D打印两相钛合金组织性能研究现状

3D打印成型技术由于快速性、低成本、高集成化、适用于加工复杂零件等显著优点,近几年来得到快速发展,但是目前还存在许多不足,如精度不高、材料性能不稳定等。随着3D打印两相钛合金的应用越来越广泛,国内外针对3D打印两相钛合金的研究也逐渐深入和成熟,通过指导工艺的改进方向来提高其综合性能。本研究针对3D打印中激光快速成型和电子束熔化成型两种技术的工艺进行分析,阐释不同成型工艺条件下两相钛合金宏微观组织特征、力学性能特点,得出打印成型工艺参数、热处理工艺等因素对其影响,为3D打印两相钛合金工程化应用提供借鉴。     

3D打印熔滴沉积与传统制造相结合技术发展前景

3D打印熔滴沉积增材制造技术,是一种以离散的二维分层模型文件为基础,将金属粉末或金属丝熔化,通过逐层堆积的方式来成形零件的技术。对于形状复杂的连接件而言,中间的连接部分可以采用3D打印技术,实现3D打印与传统制造的有机合成技术,可以大大提高零部件的集成度,简化产品设计,是未来发展的趋势所在。     

增材制造:不仅仅只有3D打印

2017年1月17日虽然大量的注意力集中在3D打印,但它不是唯一的再制造商可用的增材制造工艺。在关于增材制造的演讲中,来自罗切斯特理工学院的Michael Haselkorn也谈到了热喷涂、冷喷涂和激光工程化净成型。热喷涂是最古老的增材制造形式,并且是一组利用热源以粉末或线形式熔化材料,然后以高速喷射到表面上的方法。     

电场驱动熔融喷射微尺度3D打印微结构

提出了一种基于电场驱动喷射沉积3D打印的新方法来加工高分辨率结构,结合数值模拟与实验研究,揭示了其成形原理与喷射规律。通过优化工艺参数,使用内径250μm的喷嘴,在玻璃衬底上打印出点直径20μm的微图案,验证了电场驱动熔融喷射在微尺度3D打印上的可行性。     

3D打印钛及钛合金的发展现状及挑战

3D打印技术正在挑战传统制造工艺的主导地位,尤其是在以钛合金为代表的金属领域凸显出巨大潜力.本文重点介绍了当前用于钛及钛合金制造的主流打印技术的研究现状,详细分析了每种技术的基本成形机理和存在问题,指出了工艺应用挑战和如何解决这些问题的可能措施.同时,对这些技术的主要优缺点进行了比较,以便于根据实际应用需求选择最佳的3...     

3D打印技术在产品快速开发中的应用

随着发动机排放要求的提高，对其零部件的要求也越来越高，迫使发动机制造商必须对现有平台发动机进行更新换代，这就要求新产品开发周期不断缩短。介绍了砂芯打印、尼龙打印等3D打印技术在产品快速开发过程中的成功应用。     

3D打印方法制备钛合金及不同性能钛合金的复合化

美国ASTM标准把增材制造（AM）分为7类。日本主要研究开发其中的粉末床熔炼法（powderbedfu．sion）,其热源采用电子束或激光束,分别称为电子束叠层成形法和激光叠层成形法。前者熔深大,每层厚度达100μm,可使用50～100μm粒径的粉末,而后者叠层薄,约数十微米,使用粉末的粒径较小,约为10—50μm。因此前者的成形速度快,但表面较粗糙,后者成形速度慢,但表面光洁,精度高。     

粉床型电子束3D打印纯钨及W-Nb合金的显微组织及开裂机制

采用粉床型电子束3D打印技术制备了纯钨及固溶强化型W-Nb合金,对两种钨基材料的显微组织和裂纹缺陷进行了分析。研究发现：二者均沿逐层累积的方向形成柱状晶,Nb元素的加入使柱状晶的平均尺寸由109.78μm降至25.10μm。纯钨并未发生明显的开裂现象,但是W-Nb合金内部存在少量沿晶界分布的微裂纹。从热应力累积和凝固过程两个方面分析了钨基材料开裂的原因,粉床型电子束3D打印过程包含了熔池的快速凝固-快速冷却-高温保温几个阶段,过程中纯钨及W-Nb合金均发生了回复与再结晶,使成形过程中累积的热应力得到一定的释放,缓解了热应力累积引起的开裂现象。W-Nb合金的开裂主要是由于凝固过程中液态金属无法短时间内在枝晶间进行充分流动补缩,形成大量沿晶界分布的纳米微缩孔,在微小的应力作用下就会造成合金沿晶界开裂。     

金属3D打印加快步伐解决紧迫的供应链问题

一场新的工业革命有望缓解全球供应链问题,同时为工业设计和控制带来新的机遇。虽然3D打印多年来一直是头条新闻,但新兴行业的一个特定领域--用于制造从医疗外科机器人到飞机发动机部件的各种部件的金属逐层增材制造,在过去两年中大受欢迎并迅速发展起来。由于供应链受到2019冠状病毒疾病控制因素的影响,金属打印零件供应商正在帮助品牌产品重新控制制造过程。     

铸造砂型3D打印技术应用及选型分析

研究了当前铸造砂型3D打印机的应用原理、工艺流程及主要性能,并对选型参考、应用等方面进行分析。结果表明,砂型3D打印技术相比传统树脂砂铸造技术有其先进性及优势,企业用户在选择砂型3D打印设备时,需根据自身企业产品的特点综合考虑,砂型3D打印在铸造上的应用工艺已相对成熟。     

电子束3D打印模型处理对钛合金零件成形精度的影响

模型处理是影响3D打印钛合金零件成形精度的关键因素之一。以电子束3D打印几种典型形状TC4钛合金零件为研究对象,通过对成形零件进行精度检测,分析其在模型处理过程中引起误差的来源,提出了几项改进措施:对于圆柱体轴类零件,将模型精度设置提高到0.02 mm,可有效提高零件的成形精度;对于点阵多孔零件,提高STL数据的精度并优化切层算法,保持切层前后模型原貌是解决该问题的途径;对于针状细圆柱零件,将相同零件按照同一方向摆放,可以减少摆放角度对偏差的随机性影响;对于异形件,应在满足成形精度的前提下合理布局并减少支撑;对于薄壁零件,增加支撑密度能够有效提高零件悬空部分的成形精度。     

不规则多孔结构钛合金人体植入物的制备和性能研究

相比规则多孔结构,不规则多孔结构更能较好地模仿实际骨小梁结构。基于Rhion 6软件中GH插件构建了不规则多孔结构模型,并采用激光选区熔化技术(SLM)制备出2组多孔结构植入物样件。对多孔结构样件进行了热处理和力学性能测试,比较热处理前后力学性能变化。实验表明:当不规则度增加时,弹性模量和抗压强度降低;当孔隙率增加时,弹性模量和抗压强度增加。多孔结构样件经过880℃/30 min/FC热处理后,弹性模量无明显变化,抗压强度下降,延展性变好。