增減材制造綜述

1、課程大作業(yè)系：機械工程學(xué)院授課老師:*分數(shù)號,:*姓 名:*（百分制）：完成時間： *題目：增減材復(fù)合制造的基本原理、面臨的挑戰(zhàn)及其應(yīng)用前景增減材復(fù)合制造的基本原理、面臨的挑戰(zhàn)及其應(yīng)用前景刖言基于增減材制造的復(fù)合加工技術(shù)融合了增材制造 （RP技術(shù)）和減材制造技術(shù)優(yōu)勢，具 有高精度、高效率、高自動化的特點，但國內(nèi)外針對該技術(shù)開展的研究較少，詳細闡述了 基于增減材制造的復(fù)合加工技術(shù)原理及特點，并系統(tǒng)分析了國內(nèi)外基于增減材制造所面 臨的挑戰(zhàn)，最后指出其發(fā)展方向。1增減材復(fù)合制造的基本原理基于增減材制造的復(fù)合加工技術(shù)是從面向制造的產(chǎn)品設(shè)計階段、軟件控制設(shè)計階段 以及加工階段將增材制造和減材制造相結(jié)合的

2、一種新的技術(shù)。該技術(shù)是一種添加，去除 材料的過程，以“離散一堆積一控制”的成型原理為基礎(chǔ)，如圖2所示。首先在計算機中生成最終功能零件的三維CAD莫型；然后將該模型按一定的厚度分層切片，即將零件 的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一系列的二維或三維輪廓幾何信息，層面幾何信息融合沉積參數(shù) 和機加工參數(shù)生成掃描路徑數(shù)控代碼，成型系統(tǒng)按照輪廓軌跡逐層掃描堆積材料和加工 控制（對輪廓或表面進行機加工）；最終成型三維實體零件。從復(fù)合加工技術(shù)的原理可以看出，該技術(shù)與 RP技術(shù)的基本思路是一致的，其實質(zhì)就 是CAD軟件驅(qū)動下的三維堆積和機加工過程。由于采用機加工控制來消除臺階效應(yīng)，并 保證精度，因此在沉積過程中可以采取大噴

3、頭和大厚度等低分辨率的沉積來提高alto速度。一個基本的復(fù)合加工快速成型系統(tǒng)應(yīng)該由以下幾個部分組成：3或5軸CNC立式加工中心（由于大部分RP系統(tǒng)都是立式結(jié)構(gòu)，所以該加工中心也應(yīng)該是立式結(jié)構(gòu) ），沉積制造 部分，送料系統(tǒng)，軟件控制系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)。圖1.1金屬材料增材制造2. 增減材復(fù)合制造面臨的挑戰(zhàn)增材/ 減材集成制造是指在產(chǎn)品設(shè)計階段 ，就要統(tǒng)籌考慮增材制造中可能出現(xiàn)的問 題，如材料收縮、零件各個方向的變形、表面形貌等，以及零件的形狀特征，如復(fù)雜型 腔、內(nèi)孔、薄壁、彎曲管道等，同時也要考慮到現(xiàn)有的減才加工中工藝過程受到的各種 制約，如刀具的幾何形狀，刀具運動軌跡、范圍，以及刀具轉(zhuǎn)向次數(shù)等。在

4、燒結(jié)功能梯度材料的過程中，需要適時、適量地傳送多種不同粉末，以獲得按梯 度變化的材料配比。送粉系統(tǒng)必須分別控制每種(多達四種)粉末的流量和流速?？刂?精度與功能梯度材料的性能。在激光增材制造過程中，需要精確控制送粉量的大小。粉末流量必須均勻一致，根 據(jù)控制指令，送粉量大小實時可調(diào)。最低粉末流量要達到每分鐘一克?，F(xiàn)有的送粉系統(tǒng) 流量太大，不夠均勻一致，且流速不穩(wěn)，不能夠精確送粉。需要設(shè)計新的送粉系統(tǒng)，精 確地控制粉末流量流速，實現(xiàn)極小流量送粉的均勻一致性與可重復(fù)性。 (設(shè)計多種傳感器 的反饋系統(tǒng))3. 增減材復(fù)合制造的應(yīng)用前景高效率、高精度、高性能、低成本的增材 / 減材集成制造已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)

5、的需求； 增材/ 減材集成制造顯著減輕結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省材料；增材 / 減材集成制造擴展設(shè)計與制造 的想象空間；全新的設(shè)計原理、加工技術(shù)、質(zhì)量與精度控制方法； 增材/ 減材集成制造必將得到廣泛應(yīng)用。由于融合了增材制造和減材制造技術(shù)優(yōu)勢，基于增減材的復(fù)合加工技術(shù)能快速制備 出不同材料的高精度、高質(zhì)量的復(fù)雜形狀零件，縮短制造周期，節(jié)省材料，降低成本， 增強產(chǎn)品競爭優(yōu)勢，特別有利于復(fù)雜形狀、多品種、小批量零件的生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng) 用前景。但由于基于增減材的復(fù)合加工技術(shù)研究剛剛起步，并牽涉到較為寬廣的技術(shù)學(xué) 科，只有在相關(guān)學(xué)科技術(shù)得到全面的研究后才能對該技術(shù)形成支撐，具體來說以下幾個 方面是將來需要繼續(xù)努

6、力的方向。(1) 軟件系統(tǒng)的研發(fā)。目前，所有的復(fù)合加工系統(tǒng)軟件，都是在快速成型技術(shù)軟件的 基礎(chǔ)上所進行的改進和集成，其基本過程和快速成型軟件基本相同，但這并不能夠完全 發(fā)揮出復(fù)合加工技術(shù)的優(yōu)勢。未來軟件的開發(fā)，應(yīng)該基于復(fù)合加工技術(shù)的特點本身，從 模型設(shè)計、離散化分層處理、路徑生成及控制直到加工完成整個過程進行系統(tǒng)性融合。(2) 控制系統(tǒng)的研發(fā)。由于在零件成形過程中，要在沉積和機加工功能中不斷轉(zhuǎn)化，其加工坐標系也在不斷的變化，因此對于刀具和沉積的準確定位和控制尤為重要。而現(xiàn)在幾乎所有的基于增減材的復(fù)合加工系統(tǒng)，幾乎沒有反饋控制，因此如何實現(xiàn)對加工過 程的實時檢測和反饋，形成閉環(huán)控制，需要進一步研

7、究。4. 總結(jié)增材制造由于其獨特技術(shù)優(yōu)勢引起了越來越多的關(guān)注，但也有很多缺點制約了其應(yīng) 用和發(fā)展，因此，同減材制造相結(jié)合的復(fù)合加工技術(shù)逐漸成為研究的焦點。本文在闡述 增減材復(fù)合加工原理的基礎(chǔ)上，詳細介紹了多種復(fù)合加工技術(shù)的原理和特點。通過總結(jié) 現(xiàn)有復(fù)合加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出未來的研究方向。參考文獻【1】馬立杰 樊紅麗 盧繼平 龐璐. 基于增減材制造的復(fù)合加工技術(shù)研究 2014.9【 2】黃樹槐，肖躍加快速成形技術(shù)的展望中國機械工程，2000，1 【3】3 Merg R ，Prinz ，F(xiàn) B，Ramaswa；mShape Deposition ManufacturingProceedings of Solid Freeform Fabrication Symposiumm TheUniversity otTexas at Austin，1994， 3【4】 Weiss L E ， Neplotnik G ，Prinz F B ，etal Shape DepositionManufacturing of Wearable Computers Solid FreeformFabrication SymposiumD ，The University of Texas At Austin，1996【 5Alexander G Cooper Fabrication of c