增材制造技術(shù)發(fā)展課件

AdditiveManufacturing

TechnologyandItsEffectonManufacturingofChina2014.05.29.，Beijing中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所BAMTRI,AVIC.鞏水利Prof.Dr.GONGShuiliAdditiveManufacturingTechnol內(nèi)容提要12DevelopmentofInternational534IntroductionTechnicalmethodsandmeansDomestictechnologydevelopmentsDisparityandsuggestions目錄內(nèi)容提要12DevelopmentofInternAdditiveManufacturing(AMor3D

Printing)：——是人類通過對(duì)物質(zhì)可控的動(dòng)態(tài)累積以逼近目標(biāo)形體的一種生產(chǎn)過程；是與材料去除成形、受迫成形等對(duì)應(yīng)的科學(xué)技術(shù)體系；是以“堆積”為共同特征的技術(shù)群。一、IntroductionAdditiveManufacturing(AMorReshapingtheglobalmanufacturingcompetitionstructure上世紀(jì)美國《時(shí)代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”Changethe

production

andlife

modeinthefuture社會(huì)化制造那么每個(gè)人都可以成為一個(gè)工廠它將改變制造商品的方式并改變世界的經(jīng)濟(jì)格局進(jìn)而改變?nèi)祟惖纳罘绞?/p>

一、Thethirdindustrialrevolution?!Reshapingtheglobalmanufactu一、StrategicsignificanceofAMforChina可成為我國制造業(yè)自主創(chuàng)新的有效手段；符合綠色制造發(fā)展方向，有利于制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；可促進(jìn)傳統(tǒng)制造技術(shù)水平的提升，促進(jìn)制造與服務(wù)融合發(fā)展；有望培育新興產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。AneffectivewayforindependentinnovationofmanufacturingindustryforChinaCompliancewiththegreenmanufacturingdevelopment,andconducivetothesustainabledevelopmentofmanufacturingindustry;Promotetheupgradingoftraditionalmanufacturingtechnology,andthefusiondevelopmentbetweenmanufacturingandservice;Expectedto

cultivatenewindustries,

optimizethe

industrialstructureandpromoteindustrialupgrading一、StrategicsignificanceofAAerospace高性能金屬零件直接增材制造技術(shù)的發(fā)展，為航空航天產(chǎn)品從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模型和原型制造、零件生產(chǎn)和產(chǎn)品測(cè)試都帶了新的思想和技術(shù)途徑，有望大幅縮短航空航天產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期thedevelopmentofdirectmanufacturingtechnologyofperformanceparts,newideasandtechnicalapproacharebroughtintoproductdesign,modelandprototypemanufacturing,partsmanufacturingandproducttesting,whichisexpectedtosignificantlyshortentheresearchanddevelopmentcycleofaerospaceproduction.增材制造大型復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鑄造熔模（直徑1.2米原來需要機(jī)加工或模具壓制多個(gè)局部結(jié)構(gòu)，然后拼接成整體，精度難以控制，工序繁瑣，周期長，增材制造方法精度高、整體成形、周期短。激光近成形的葉片（Optomec公司），傳統(tǒng)鑄鍛，均需制造復(fù)雜模具，增材制造實(shí)現(xiàn)自由成形SLSCastAerospace高性能金屬零件直接增材制造技術(shù)的發(fā)展，為航一、DevelopmenthistoryofAMtechnology快速原型/快速成形快速工具/模具/鑄型快速成形直接制造一、DevelopmenthistoryofAMteVerification

andpresentationofconcept

概念驗(yàn)證和呈現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)Design

verification

andtest設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試反復(fù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化成型、裝配和功能性測(cè)試Production

andmanufacturingMoldingandsecondaryoperations制模與二次操作

熱成型

砂型鑄造

金屬鍍層EDM電極Smallbatchproduction,

massproduction

批量生產(chǎn)失蠟鑄造吹塑制模

塑料擠塑環(huán)氧制模

一、Majoruse 生產(chǎn)與制造直接制造零件Verification

andpresentation二、Technicalmethodsandmeans：MajorprocessTechnologyMaterialCharacteristicsApplications光固化成形（SLA）液態(tài)樹脂精度高；表面質(zhì)量好航空航天、生物醫(yī)學(xué)等激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）高分子、金屬、陶瓷、砂等粉末材料成形材料廣泛、應(yīng)用范圍廣等制作復(fù)雜鑄件用熔?；蛏靶镜燃す膺x區(qū)熔化（SLM）金屬或合金粉末可直接制造高性能復(fù)雜金屬零件用于航空航天、珠寶首飾、模具等熔融沉積制造（FDM）低熔點(diǎn)絲狀材料零件強(qiáng)度高、系統(tǒng)成本低汽車、工藝品等激光近凈成形（LNSF）金屬粉末成型效率高、可直接成形金屬零件航空領(lǐng)域電子束選區(qū)熔化（EBSM）金屬粉末可成形難熔材料航空航天、醫(yī)療、石油化工等電子束熔絲沉積（EBFFF）金屬絲材成形速度快、精度不高航空航天高附加值產(chǎn)品制造分層實(shí)體制造（LOM）片材成形速率高、性能不高用于新產(chǎn)品外形驗(yàn)證立體噴?。?DP）光敏樹脂、粘接劑噴粘接劑時(shí)強(qiáng)度不高、噴頭易堵塞制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、建筑業(yè)等的原型驗(yàn)證二、TechnicalmethodsandmIndustrychainofAMUSERpost-treatmentandservicesManufacturingEquipmentMaterial

Additivemanufacturinghasalongindustrychain,andimprovesthe

technologyandeconomy.母合金、中間合金、金屬冶煉、粉末、金屬絲材、材料檢測(cè)、材料儲(chǔ)運(yùn)激光器、電子槍、成形軟件、機(jī)電控制、傳感器、機(jī)床、裝備集成、真空器件、氣體循環(huán)器件、冷卻系統(tǒng)產(chǎn)品研制、工藝開發(fā)等、委托加工機(jī)械加工、熱處理、表面處理、無損檢測(cè)、性能測(cè)試、生物陶瓷、凈化IndustrychainofAMUSERpost-t4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀EuropeanandAmericancountrieshaveincreasedtheirsupport,andmadethenationalstrategiesandplansforadditivemanufacturingdevelopment;Ithasdrawmoreattentionofgovernment,researchinstitutions,enterprisesandthemedia.2012年3月，美國白宮宣布振興美國制造的新舉措，將投資10億美金幫助美國制造體系的改革，鼓勵(lì)優(yōu)先發(fā)展增材制造為代表的數(shù)字化制造技術(shù)；在全國范圍籌建多個(gè)研究與企業(yè)聯(lián)盟英國政府自2011年開始持續(xù)增大對(duì)增材制造技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，目前已在多個(gè)大學(xué)建立了增材制造研究中心德國建立了直接制造研究中心，主要研究和推動(dòng)增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)輕量化方面的應(yīng)用西班牙也啟動(dòng)了增材制造專項(xiàng)，研究增材制造共性技術(shù)、材料、技術(shù)交流及商業(yè)模式等內(nèi)容日本一直重視增材制造技術(shù)，研制和應(yīng)用水平走在了亞洲前列三：DevelopmentandtrendsofInternationalAM4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀EuropeanandAmericaCleardevelopmentideas大型運(yùn)輸機(jī)艙體壁板結(jié)構(gòu)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣Basicresearch→Standardsetting→Industryapplications→IndustrialDevelopment三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMCleardevelopmentideas大型運(yùn)輸機(jī)艙體CleardevelopmentprojectsResearchplanofelectronbeamrapidprototypingmadebyAmericanNASA三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMCleardevelopmentprojectsReseDirectmanufacturingofperformanceparts.

Performanceisclosetothetraditionalprocess;Appliedinsomecomplicatedconditions.英國南安普頓大學(xué)設(shè)計(jì)并利用增材制造技術(shù)制造了世界上第一架“3D打印”無人駕駛飛機(jī)，最高時(shí)速達(dá)100多公里世界上第一輛“3D打印”賽車“阿里翁”，已在德國的霍根海姆賽道完成測(cè)試，時(shí)速達(dá)141公里4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMDirectmanufacturingofperforEurope

havecarriedoutextensiveesearch

意大利AVIO公司電子束選區(qū)熔化生產(chǎn)線擁有13臺(tái)設(shè)備；英國羅·羅公司正在建立擁有30臺(tái)設(shè)備的電子束選區(qū)熔化生產(chǎn)線。大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)鈦鋁合金三四級(jí)渦輪葉片

“Rapidmanufacturingcenteroflargeaerospaceparts”，

hasbeenestablishedin2007

Additivemanufacturingofsmallandprecisestructurekeepsaheadoftheworld.空客、羅·羅、EADS等公司的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)上已有大量應(yīng)用。Europe

havecarriedoutextensSolvingthemanufacturingproblemsfordifficult-machiningmaterials。例如，德國EOS公司開發(fā)的選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）增材制造裝備可成形傳統(tǒng)工藝（注塑、擠塑）難加工的耐高溫塑料利用基于粉材的激光燒結(jié)工藝可成形復(fù)雜高精度零部件，力學(xué)性能較尼龍等塑料高出1倍（拉伸強(qiáng)度達(dá)95MPa，楊氏模量達(dá)4400MPa）特別是具有優(yōu)異的耐高溫性能，可連續(xù)服役于180攝氏度的動(dòng)態(tài)力學(xué)場(chǎng)合、240攝氏度的靜態(tài)力學(xué)場(chǎng)合以及260攝氏度電氣場(chǎng)合等三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMSolvingthemanufacturingprobRepairingandre-manufacturinghightemperatureparts。以激光、等離子束和電弧等能束增材制造再制造技術(shù)為代表，已應(yīng)用于機(jī)械、能源、船舶等領(lǐng)域核心、高附加值零部件的快速修復(fù)美國AeroMet公司應(yīng)用于F15等戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼梁修復(fù)英國Rolls-Royce公司用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)激光成形修復(fù)的發(fā)動(dòng)機(jī)零件相比傳統(tǒng)電鍍、熱噴涂等技術(shù)，增材制造技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了高性能、高效率和低成本修復(fù)和再制造三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMRepairingandre-manufacturingRapidcustomizingpersonalizedstructureinbiomedicalarea。與生物醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于牙齒、骨骼等“人體零部件”修復(fù)或植入手術(shù)中。在過去的10余年，增材制造在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用比重約為占全部應(yīng)用的15%。增材制造的人體修復(fù)體增材制造的金屬牙齒已應(yīng)用于人體，并有專用裝備增材制造金屬顱骨修復(fù)體，已獲臨床應(yīng)用增材制造人體關(guān)節(jié)金屬修復(fù)體，已有專業(yè)的服務(wù)公司4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMRapidcustomizingpersonalized“three-dimensionalprinting”ofmicroandnanostructuresinthefieldofelectronicsmanufacturing.與電子制造技術(shù)相融合，可應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管、薄膜太陽能電池、無芯片RFID標(biāo)簽、柔性顯示器等微納尺度功能性器件的“三維打印”與壓膜制版、光刻蝕和鍍膜等工藝相比，增材制造用于電子領(lǐng)域不僅減少污染排放，還可提高貴重材料利用率！增材制造的微納電子器件電子電路多層柔性PCB無芯片RFID標(biāo)簽有機(jī)薄膜光伏器件有機(jī)發(fā)光顯示OLED4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAM“three-dimensionalprinting”ofProductizationandserializationonproductionandsaleofequipments.歐美及日本在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，已形成了眾多專業(yè)化和規(guī)?；难b備生產(chǎn)企業(yè)。近年來，開始出現(xiàn)知名企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與兼并的態(tài)勢(shì)，進(jìn)一步加大了地區(qū)不平衡和技術(shù)壟斷程度美國3DSystems公司生產(chǎn)和銷售三種工藝類型、數(shù)十種型號(hào)的增材制造裝備僅SLS工藝裝備就有9種型號(hào)公司于2012年2月兼并了辦公型三維打印裝備知名企業(yè)美國ZCorp公司美國Stratasys公司專營低成本熔融沉積（FDM）工藝裝備是全球累計(jì)銷售裝備數(shù)量最多的企業(yè)，占總應(yīng)用量的約40%2012年4月，公司兼并了桌面型三維打印裝備知名企業(yè)以色列Objet公司德國EOS公司專門生產(chǎn)和銷售SLS、SLM裝備共有六種型號(hào)成形材料包括高分子、砂、金屬及其復(fù)合材料4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMProductizationandserializatiEquipmentsaredevelopingtospecialization.如德國EOS公司提供專門用于工業(yè)應(yīng)用級(jí)金屬牙齒激光增材制造裝備鑄造成本低，但工藝繁瑣，周期長，難以個(gè)性化制造；機(jī)加工精度高，但材料浪費(fèi)嚴(yán)重SLM工藝簡單、個(gè)性化制造、材料利用率高、零件性能好4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMEquipmentsaredevelopingtosEquipmentsexpandfromresearchandindustryhigh-endtypestomassconsumptiontype.歐美發(fā)達(dá)國家開始重視低成本（幾萬甚至幾千人民幣）增材制造裝備的研制與產(chǎn)業(yè)化，促使增材制造技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室和工廠走向辦公室甚至是家庭美國ZCorp公司（并入3DSystems公司）生產(chǎn)的辦公型三維打印裝備類似于打印機(jī)，可用于多類型塑料彩色零件的增材制造美國MakerBot公司生產(chǎn)的簡易型裝備設(shè)備，可低成本制造塑料零件

三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMEquipmentsexpandfromresearcFormrelativelyintegratedindustrychainincludingequipments,materials,software,services.世界知名的增材制造裝備生產(chǎn)企業(yè)超過30余家，主要分布在美國、德國、英國及日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家已有專業(yè)增材制造材料生產(chǎn)企業(yè)，如瑞典Sandvik公司提供微細(xì)金屬粉末專業(yè)的增材制造軟件公司，如比利時(shí)Materialise公司提供增材制造工藝與控制軟件三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMFormrelativelyintegratedindIndustryandmarketshaveachievedcertainscale,andannualoutputvalueisgrowingatdouble-digitrates.1989年-2011年，增材制造裝備銷售量平均年增長率高達(dá)31.6%，自2000年后以更快的速度遞增2011年，增材制造產(chǎn)品及服務(wù)產(chǎn)值較前一年增加了29.4%三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMIndustryandmarketshaveachiMixofmultidisciplinesuchasnumericalcontrol,newmaterials,newenergyetc.Applicationareasincludeaerospace,automobile,mould,biomedical,electronic,construction,consumerproducts,education,officialbusinessetc.Applicationareadistribution多軸聯(lián)動(dòng)、高速掃描控制、高精密傳動(dòng)等數(shù)控技術(shù)微細(xì)金屬粉末、光敏樹脂、水溶噴印樹脂等新材料及其制備技術(shù)高能束激光、電子束、等離子等新能源技術(shù)4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMMixofmultidisciplinesuchasTechnology:從快速原型、工藝輔助等間接制造發(fā)展為零部件直接制造，新材料、新器件、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)；Equipment:向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展；從科研和工業(yè)等高端型向辦公和個(gè)人消費(fèi)等大眾化型拓展；Industry:形成了集裝備、材料、軟件、服務(wù)于一體的產(chǎn)業(yè)鏈，初具產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)銷售；Standards:已發(fā)布較成熟的、成系列的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并已開始了國際標(biāo)準(zhǔn)的制定；Application:多學(xué)科交叉融合發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMTechnology:從快速原型、工藝輔助等間接制造發(fā)展為四.Ourdevelopmentsituation電子束熔絲沉積成形：北京625所1990~1995~2000~2003~電子束選區(qū)熔化成形：清華大學(xué)北京625所2007西北有色院2011中科院金屬所2011……快速原型：清華大學(xué)西安交大華中科大中北大學(xué)北京625所北京隆源公司……2003~金屬激光成形：西工大北京有色院北京625所華中科大華南理工北京殷華公司……2011~大型結(jié)構(gòu)激光成形：北航西工大北京625所……2006~激光成形大型航空鈦合金結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用：北京航空航天大學(xué)……電子束熔絲沉積成形鈦合金結(jié)構(gòu)及激光選區(qū)熔化成形精密結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用北京625所Somerelatedresearchinstitutesandbasesarebuilt四.Ourdevelopmentsituation電Developmentofadditivemanufacturingequipmentsrelyingonuniversitiesandresearchinstitutesunderfinancialsupportofnationalprojects.代表性單位有：西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中航工業(yè)北京航空制造工程研究所、西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、西北有色金屬研究院，等等。四.Ourdevelopmentsituation625所EBRM設(shè)備625所SLM設(shè)備DevelopmentofadditivemanufaState-of-the-artistransitingfromrapidprototypingtocomponentsdirectmanufacturing.Areasonhighperformanceplaciticsandmetalcomponentsaredevelopingrapidly.Someexceedinternationallevel.However,generallyspeaking,thereisstillbigroomforimprovement.制作飛機(jī)風(fēng)洞模型，輔助新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與快速開發(fā)用于汽車、家電和數(shù)碼等快速更新?lián)Q代行業(yè)中新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速驗(yàn)證，如海爾等重要企業(yè)均建立的增材制造技術(shù)中心輔助汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋等復(fù)雜鑄件蠟型和砂型的快速制造，二汽、玉柴等相關(guān)企業(yè)均設(shè)立了專門的增材制造部門四.OurdevelopmentsituationState-of-the-artistransitingThereisbigimprovementroomforadditivemanufacturingequipments.Industrialchainneedstobeestablishedinvolvingmaterials,hardware,softwareandservices.EquipmentusagedistributionofinternationaladditivemanufacturingEquipmentproductiondistributionofinternationaladditivemanufacturing截止2011年底，我國增材制造裝備使用量占全球份額的8.6%，裝備產(chǎn)量僅占世界總量的3.6%。說明我國使用的不到10%的裝備還有超過一半依賴于進(jìn)口！我國增材制造裝備的應(yīng)用量和生產(chǎn)量均有較大提升空間4.5我國發(fā)展情況四.OurdevelopmentsituationThereisbigimprovementroom四.Ourgeneralsituation4.5我國總體情況Researchcondition:形成了一批各具特色的研發(fā)機(jī)構(gòu)，并研發(fā)成功了一批增材制造裝備；Technologicallevel:總體上還處于從模型制作向零部件直接制造的過渡階段，部分指標(biāo)達(dá)世界領(lǐng)先水平；Applicationandindustry:在典型關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了局部應(yīng)用，但缺乏產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)規(guī)模提升空間大??；Standards:已開始了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，但起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)涉及內(nèi)容較分散，未形成成套的系列化標(biāo)準(zhǔn)。四.Ourgeneralsituation4.5我國4.6我國面臨的主要差距Weaknessoftheoreticalresearch:在基礎(chǔ)理論與成形機(jī)理研究方面，我國在一些局部點(diǎn)上開展研究，但國外研究更基礎(chǔ)、更系統(tǒng)和更深入Lackofkeygenerictechnologyresearch:國外基于成熟理論基礎(chǔ)上的工藝控制，成形精度、制件性能以及工藝穩(wěn)定性高Weaknessofmaterialsresearch:增材制造用材料與傳統(tǒng)工藝所用材料有較大差別，我國與國外相比無論是種類還是質(zhì)量上都有差距Lowequipmentlevel:大部分增材制造工藝裝備國內(nèi)都有研制，但在成形精度和智能化程度以及材料適應(yīng)范圍方面與國外先進(jìn)水平相比存在差距Corecomponentsrelyonimport:激光器、精密光學(xué)器件等裝備核心元器件依靠進(jìn)口五.Ourgap,solutionandsuggest4.6我國面臨的主要差距WeaknessoftheorAdvantagesOpportunitiesThreatsDisadvantages行業(yè)需求背景與支持推動(dòng)明確的產(chǎn)品需求和強(qiáng)勁的研發(fā)動(dòng)力強(qiáng)大扎實(shí)領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件平臺(tái)前期研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)現(xiàn)環(huán)境下的低盈利甚至負(fù)盈利市場(chǎng)份額到達(dá)市場(chǎng)的時(shí)間國內(nèi)市場(chǎng)需求大而緊迫

國際主要競爭產(chǎn)品能力有限，產(chǎn)品能力低端航空產(chǎn)業(yè)需求旺盛現(xiàn)有商品無法滿足需求國際國內(nèi)同行的快速研發(fā)競爭高端產(chǎn)品的性能

Analysisonadvantages,disadvantages,opportunitiesandthreatsAdvantagesOpportunitiesThreatsAerospace飛機(jī)大型鈦合金框梁、接頭飛機(jī)小型精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、機(jī)匣整體式小型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜異型進(jìn)氣道復(fù)雜形狀高效散熱結(jié)構(gòu)……...Healthcare人體植入物：髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、牙科產(chǎn)品、定制植入體等醫(yī)療器械：手術(shù)固定、支撐物手術(shù)過程模擬體MainapplicationareasandformEquipmentProcessdevelop-mentMaterialsTurnkeyEnergy,power,applianceandtransportetc.復(fù)雜閥門、箱體、管路、散熱裝置、支架；定制產(chǎn)品、藝術(shù)造型、工業(yè)設(shè)計(jì)模型ServiceandtrainingHealthcareMainapplicationar1Laseradditivemanufacturingtechnologyandequipmentfornon-metal光固化技術(shù)及裝備激光燒結(jié)技術(shù)及裝備Laseradditivemanufacturingtechnologyandequipmentformetal①激光選區(qū)熔化技術(shù)及裝備②激光熔覆修復(fù)技術(shù)及裝備

Additivemanufacturingtechnologyforpreparationofadvancedmaterials①非金屬材料研制（光敏樹脂、高分子粉末、高分子絲材）②金屬粉末材料研制

Electronbeamadditivemanufacturingtechnologyandequipmentformetal電子束選區(qū)融化技術(shù)與裝備電子束熔絲成形技術(shù)與裝備

GoalandStrategy

產(chǎn)品服務(wù)1LaseradditivemanufacturingPrinciples

Focusonouruniquefeaturesandinnovation1.金屬激光選區(qū)成形、電子束選區(qū)成形設(shè)備成形能力（尺寸、精度、穩(wěn)定性可靠性）領(lǐng)先世界水平；2.非金屬激光選區(qū)成形設(shè)備與工藝達(dá)世界先進(jìn)水平；Breakthroughatsomepointsandworldleading1.鈦合金激光選區(qū)成形設(shè)備和工藝；2.光固化設(shè)備和技術(shù)；3.激光燒結(jié)設(shè)備和技術(shù)。Additivemanufacturingcontrolsoftwarewithself-ownedintellectualpropertyrightRepresentativedomesticandinternationalprocessandmaterialstandardsPrinciplesFocusonourunique謝謝！ThankYou!謝謝！ThankYouAdditiveManufacturing

TechnologyandItsEffectonManufacturingofChina2014.05.29.，Beijing中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所BAMTRI,AVIC.鞏水利Prof.Dr.GONGShuiliAdditiveManufacturingTechnol內(nèi)容提要12DevelopmentofInternational534IntroductionTechnicalmethodsandmeansDomestictechnologydevelopmentsDisparityandsuggestions目錄內(nèi)容提要12DevelopmentofInternAdditiveManufacturing(AMor3D

Printing)：——是人類通過對(duì)物質(zhì)可控的動(dòng)態(tài)累積以逼近目標(biāo)形體的一種生產(chǎn)過程；是與材料去除成形、受迫成形等對(duì)應(yīng)的科學(xué)技術(shù)體系；是以“堆積”為共同特征的技術(shù)群。一、IntroductionAdditiveManufacturing(AMorReshapingtheglobalmanufacturingcompetitionstructure上世紀(jì)美國《時(shí)代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”Changethe

production

andlife

modeinthefuture社會(huì)化制造那么每個(gè)人都可以成為一個(gè)工廠它將改變制造商品的方式并改變世界的經(jīng)濟(jì)格局進(jìn)而改變?nèi)祟惖纳罘绞?/p>

一、Thethirdindustrialrevolution?!Reshapingtheglobalmanufactu一、StrategicsignificanceofAMforChina可成為我國制造業(yè)自主創(chuàng)新的有效手段；符合綠色制造發(fā)展方向，有利于制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；可促進(jìn)傳統(tǒng)制造技術(shù)水平的提升，促進(jìn)制造與服務(wù)融合發(fā)展；有望培育新興產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。AneffectivewayforindependentinnovationofmanufacturingindustryforChinaCompliancewiththegreenmanufacturingdevelopment,andconducivetothesustainabledevelopmentofmanufacturingindustry;Promotetheupgradingoftraditionalmanufacturingtechnology,andthefusiondevelopmentbetweenmanufacturingandservice;Expectedto

cultivatenewindustries,

optimizethe

industrialstructureandpromoteindustrialupgrading一、StrategicsignificanceofAAerospace高性能金屬零件直接增材制造技術(shù)的發(fā)展，為航空航天產(chǎn)品從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模型和原型制造、零件生產(chǎn)和產(chǎn)品測(cè)試都帶了新的思想和技術(shù)途徑，有望大幅縮短航空航天產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期thedevelopmentofdirectmanufacturingtechnologyofperformanceparts,newideasandtechnicalapproacharebroughtintoproductdesign,modelandprototypemanufacturing,partsmanufacturingandproducttesting,whichisexpectedtosignificantlyshortentheresearchanddevelopmentcycleofaerospaceproduction.增材制造大型復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鑄造熔模（直徑1.2米原來需要機(jī)加工或模具壓制多個(gè)局部結(jié)構(gòu)，然后拼接成整體，精度難以控制，工序繁瑣，周期長，增材制造方法精度高、整體成形、周期短。激光近成形的葉片（Optomec公司），傳統(tǒng)鑄鍛，均需制造復(fù)雜模具，增材制造實(shí)現(xiàn)自由成形SLSCastAerospace高性能金屬零件直接增材制造技術(shù)的發(fā)展，為航一、DevelopmenthistoryofAMtechnology快速原型/快速成形快速工具/模具/鑄型快速成形直接制造一、DevelopmenthistoryofAMteVerification

andpresentationofconcept

概念驗(yàn)證和呈現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)Design

verification

andtest設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試反復(fù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化成型、裝配和功能性測(cè)試Production

andmanufacturingMoldingandsecondaryoperations制模與二次操作

熱成型

砂型鑄造

金屬鍍層EDM電極Smallbatchproduction,

massproduction

批量生產(chǎn)失蠟鑄造吹塑制模

塑料擠塑環(huán)氧制模

一、Majoruse 生產(chǎn)與制造直接制造零件Verification

andpresentation二、Technicalmethodsandmeans：MajorprocessTechnologyMaterialCharacteristicsApplications光固化成形（SLA）液態(tài)樹脂精度高；表面質(zhì)量好航空航天、生物醫(yī)學(xué)等激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）高分子、金屬、陶瓷、砂等粉末材料成形材料廣泛、應(yīng)用范圍廣等制作復(fù)雜鑄件用熔?；蛏靶镜燃す膺x區(qū)熔化（SLM）金屬或合金粉末可直接制造高性能復(fù)雜金屬零件用于航空航天、珠寶首飾、模具等熔融沉積制造（FDM）低熔點(diǎn)絲狀材料零件強(qiáng)度高、系統(tǒng)成本低汽車、工藝品等激光近凈成形（LNSF）金屬粉末成型效率高、可直接成形金屬零件航空領(lǐng)域電子束選區(qū)熔化（EBSM）金屬粉末可成形難熔材料航空航天、醫(yī)療、石油化工等電子束熔絲沉積（EBFFF）金屬絲材成形速度快、精度不高航空航天高附加值產(chǎn)品制造分層實(shí)體制造（LOM）片材成形速率高、性能不高用于新產(chǎn)品外形驗(yàn)證立體噴?。?DP）光敏樹脂、粘接劑噴粘接劑時(shí)強(qiáng)度不高、噴頭易堵塞制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、建筑業(yè)等的原型驗(yàn)證二、TechnicalmethodsandmIndustrychainofAMUSERpost-treatmentandservicesManufacturingEquipmentMaterial

Additivemanufacturinghasalongindustrychain,andimprovesthe

technologyandeconomy.母合金、中間合金、金屬冶煉、粉末、金屬絲材、材料檢測(cè)、材料儲(chǔ)運(yùn)激光器、電子槍、成形軟件、機(jī)電控制、傳感器、機(jī)床、裝備集成、真空器件、氣體循環(huán)器件、冷卻系統(tǒng)產(chǎn)品研制、工藝開發(fā)等、委托加工機(jī)械加工、熱處理、表面處理、無損檢測(cè)、性能測(cè)試、生物陶瓷、凈化IndustrychainofAMUSERpost-t4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀EuropeanandAmericancountrieshaveincreasedtheirsupport,andmadethenationalstrategiesandplansforadditivemanufacturingdevelopment;Ithasdrawmoreattentionofgovernment,researchinstitutions,enterprisesandthemedia.2012年3月，美國白宮宣布振興美國制造的新舉措，將投資10億美金幫助美國制造體系的改革，鼓勵(lì)優(yōu)先發(fā)展增材制造為代表的數(shù)字化制造技術(shù)；在全國范圍籌建多個(gè)研究與企業(yè)聯(lián)盟英國政府自2011年開始持續(xù)增大對(duì)增材制造技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，目前已在多個(gè)大學(xué)建立了增材制造研究中心德國建立了直接制造研究中心，主要研究和推動(dòng)增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)輕量化方面的應(yīng)用西班牙也啟動(dòng)了增材制造專項(xiàng)，研究增材制造共性技術(shù)、材料、技術(shù)交流及商業(yè)模式等內(nèi)容日本一直重視增材制造技術(shù)，研制和應(yīng)用水平走在了亞洲前列三：DevelopmentandtrendsofInternationalAM4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀EuropeanandAmericaCleardevelopmentideas大型運(yùn)輸機(jī)艙體壁板結(jié)構(gòu)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣Basicresearch→Standardsetting→Industryapplications→IndustrialDevelopment三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMCleardevelopmentideas大型運(yùn)輸機(jī)艙體CleardevelopmentprojectsResearchplanofelectronbeamrapidprototypingmadebyAmericanNASA三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMCleardevelopmentprojectsReseDirectmanufacturingofperformanceparts.

Performanceisclosetothetraditionalprocess;Appliedinsomecomplicatedconditions.英國南安普頓大學(xué)設(shè)計(jì)并利用增材制造技術(shù)制造了世界上第一架“3D打印”無人駕駛飛機(jī)，最高時(shí)速達(dá)100多公里世界上第一輛“3D打印”賽車“阿里翁”，已在德國的霍根海姆賽道完成測(cè)試，時(shí)速達(dá)141公里4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMDirectmanufacturingofperforEurope

havecarriedoutextensiveesearch

意大利AVIO公司電子束選區(qū)熔化生產(chǎn)線擁有13臺(tái)設(shè)備；英國羅·羅公司正在建立擁有30臺(tái)設(shè)備的電子束選區(qū)熔化生產(chǎn)線。大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)鈦鋁合金三四級(jí)渦輪葉片

“Rapidmanufacturingcenteroflargeaerospaceparts”，

hasbeenestablishedin2007

Additivemanufacturingofsmallandprecisestructurekeepsaheadoftheworld.空客、羅·羅、EADS等公司的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)上已有大量應(yīng)用。Europe

havecarriedoutextensSolvingthemanufacturingproblemsfordifficult-machiningmaterials。例如，德國EOS公司開發(fā)的選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）增材制造裝備可成形傳統(tǒng)工藝（注塑、擠塑）難加工的耐高溫塑料利用基于粉材的激光燒結(jié)工藝可成形復(fù)雜高精度零部件，力學(xué)性能較尼龍等塑料高出1倍（拉伸強(qiáng)度達(dá)95MPa，楊氏模量達(dá)4400MPa）特別是具有優(yōu)異的耐高溫性能，可連續(xù)服役于180攝氏度的動(dòng)態(tài)力學(xué)場(chǎng)合、240攝氏度的靜態(tài)力學(xué)場(chǎng)合以及260攝氏度電氣場(chǎng)合等三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMSolvingthemanufacturingprobRepairingandre-manufacturinghightemperatureparts。以激光、等離子束和電弧等能束增材制造再制造技術(shù)為代表，已應(yīng)用于機(jī)械、能源、船舶等領(lǐng)域核心、高附加值零部件的快速修復(fù)美國AeroMet公司應(yīng)用于F15等戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼梁修復(fù)英國Rolls-Royce公司用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)激光成形修復(fù)的發(fā)動(dòng)機(jī)零件相比傳統(tǒng)電鍍、熱噴涂等技術(shù)，增材制造技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了高性能、高效率和低成本修復(fù)和再制造三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMRepairingandre-manufacturingRapidcustomizingpersonalizedstructureinbiomedicalarea。與生物醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于牙齒、骨骼等“人體零部件”修復(fù)或植入手術(shù)中。在過去的10余年，增材制造在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用比重約為占全部應(yīng)用的15%。增材制造的人體修復(fù)體增材制造的金屬牙齒已應(yīng)用于人體，并有專用裝備增材制造金屬顱骨修復(fù)體，已獲臨床應(yīng)用增材制造人體關(guān)節(jié)金屬修復(fù)體，已有專業(yè)的服務(wù)公司4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMRapidcustomizingpersonalized“three-dimensionalprinting”ofmicroandnanostructuresinthefieldofelectronicsmanufacturing.與電子制造技術(shù)相融合，可應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管、薄膜太陽能電池、無芯片RFID標(biāo)簽、柔性顯示器等微納尺度功能性器件的“三維打印”與壓膜制版、光刻蝕和鍍膜等工藝相比，增材制造用于電子領(lǐng)域不僅減少污染排放，還可提高貴重材料利用率！增材制造的微納電子器件電子電路多層柔性PCB無芯片RFID標(biāo)簽有機(jī)薄膜光伏器件有機(jī)發(fā)光顯示OLED4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAM“three-dimensionalprinting”ofProductizationandserializationonproductionandsaleofequipments.歐美及日本在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，已形成了眾多專業(yè)化和規(guī)?；难b備生產(chǎn)企業(yè)。近年來，開始出現(xiàn)知名企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與兼并的態(tài)勢(shì)，進(jìn)一步加大了地區(qū)不平衡和技術(shù)壟斷程度美國3DSystems公司生產(chǎn)和銷售三種工藝類型、數(shù)十種型號(hào)的增材制造裝備僅SLS工藝裝備就有9種型號(hào)公司于2012年2月兼并了辦公型三維打印裝備知名企業(yè)美國ZCorp公司美國Stratasys公司專營低成本熔融沉積（FDM）工藝裝備是全球累計(jì)銷售裝備數(shù)量最多的企業(yè)，占總應(yīng)用量的約40%2012年4月，公司兼并了桌面型三維打印裝備知名企業(yè)以色列Objet公司德國EOS公司專門生產(chǎn)和銷售SLS、SLM裝備共有六種型號(hào)成形材料包括高分子、砂、金屬及其復(fù)合材料4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMProductizationandserializatiEquipmentsaredevelopingtospecialization.如德國EOS公司提供專門用于工業(yè)應(yīng)用級(jí)金屬牙齒激光增材制造裝備鑄造成本低，但工藝繁瑣，周期長，難以個(gè)性化制造；機(jī)加工精度高，但材料浪費(fèi)嚴(yán)重SLM工藝簡單、個(gè)性化制造、材料利用率高、零件性能好4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMEquipmentsaredevelopingtosEquipmentsexpandfromresearchandindustryhigh-endtypestomassconsumptiontype.歐美發(fā)達(dá)國家開始重視低成本（幾萬甚至幾千人民幣）增材制造裝備的研制與產(chǎn)業(yè)化，促使增材制造技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室和工廠走向辦公室甚至是家庭美國ZCorp公司（并入3DSystems公司）生產(chǎn)的辦公型三維打印裝備類似于打印機(jī)，可用于多類型塑料彩色零件的增材制造美國MakerBot公司生產(chǎn)的簡易型裝備設(shè)備，可低成本制造塑料零件

三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMEquipmentsexpandfromresearcFormrelativelyintegratedindustrychainincludingequipments,materials,software,services.世界知名的增材制造裝備生產(chǎn)企業(yè)超過30余家，主要分布在美國、德國、英國及日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家已有專業(yè)增材制造材料生產(chǎn)企業(yè)，如瑞典Sandvik公司提供微細(xì)金屬粉末專業(yè)的增材制造軟件公司，如比利時(shí)Materialise公司提供增材制造工藝與控制軟件三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMFormrelativelyintegratedindIndustryandmarketshaveachievedcertainscale,andannualoutputvalueisgrowingatdouble-digitrates.1989年-2011年，增材制造裝備銷售量平均年增長率高達(dá)31.6%，自2000年后以更快的速度遞增2011年，增材制造產(chǎn)品及服務(wù)產(chǎn)值較前一年增加了29.4%三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMIndustryandmarketshaveachiMixofmultidisciplinesuchasnumericalcontrol,newmaterials,newenergyetc.Applicationareasincludeaerospace,automobile,mould,biomedical,electronic,construction,consumerproducts,education,officialbusinessetc.Applicationareadistribution多軸聯(lián)動(dòng)、高速掃描控制、高精密傳動(dòng)等數(shù)控技術(shù)微細(xì)金屬粉末、光敏樹脂、水溶噴印樹脂等新材料及其制備技術(shù)高能束激光、電子束、等離子等新能源技術(shù)4.4國際發(fā)展現(xiàn)狀三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMMixofmultidisciplinesuchasTechnology:從快速原型、工藝輔助等間接制造發(fā)展為零部件直接制造，新材料、新器件、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)；Equipment:向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展；從科研和工業(yè)等高端型向辦公和個(gè)人消費(fèi)等大眾化型拓展；Industry:形成了集裝備、材料、軟件、服務(wù)于一體的產(chǎn)業(yè)鏈，初具產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)銷售；Standards:已發(fā)布較成熟的、成系列的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并已開始了國際標(biāo)準(zhǔn)的制定；Application:多學(xué)科交叉融合發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。三：DevelopmentandtrendsofInternationalAMTechnology:從快速原型、工藝輔助等間接制造發(fā)展為四.Ourdevelopmentsituation電子束熔絲沉積成形：北京625所1990~1995~2000~2003~電子束選區(qū)熔化成形：清華大學(xué)北京625所2007西北有色院2011中科院金屬所2011……快速原型：清華大學(xué)西安交大華中科大中北大學(xué)北京625所北京隆源公司……2003~金屬激光成形：西工大北京有色院北京625所華中科大華南理工北京殷華公司……2011~大型結(jié)構(gòu)激光成形：北航西工大北京625所……2006~激光成形大型航空鈦合金結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用：北京航空航天大學(xué)……電子束熔絲沉積成形鈦合金結(jié)構(gòu)及激光選區(qū)熔化成形精密結(jié)構(gòu)裝機(jī)應(yīng)用北京625所Somerelatedresearchinstitutesandbasesarebuilt四.Ourdevelopmentsituation電Developmentofadditivemanufacturingequipmentsrelyingonuniversitiesandresearchinstitutesunderfinancialsupportofnationalprojects.代表性單位有：西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中航工業(yè)北京航空制造工程研究所、西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、西北有色金屬研究院，等等。四.Ourdevelopmentsituation625所EBRM設(shè)備625所SLM設(shè)備DevelopmentofadditivemanufaState-of-the-artistransitingfromrapidprototypingtocomponentsdirectmanufacturing.Areasonhighperformanceplaciticsandmetalcomponentsaredevelopingrapidly.Someexceedinternationallevel.However,generallyspeaking,thereisstillbigroomforimprovement.制作飛機(jī)風(fēng)洞模型，輔助新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與快速開發(fā)用于汽車、家電和數(shù)碼等快速更新?lián)Q代行業(yè)中新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速驗(yàn)證，如海爾等重要企業(yè)均建立的增材制造技術(shù)中心輔助汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋等復(fù)雜鑄件蠟型和砂型的快速制造，二汽、玉柴等相關(guān)企業(yè)均設(shè)立了專門的增材制造部門四.OurdevelopmentsituationState-of-the-artistransitingThereisbigimprovementroomforadditivemanufacturingequipments.Industrialchainneedstobeestablishedinvolvingmaterials,hardware,softwareandservices.EquipmentusagedistributionofinternationaladditivemanufacturingEquipmentprodu