增材制造：实现宏微结构一体化制造

增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术,是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物,是当今世界各制造强国竞相发展的热点技术。基于增材制造材料逐点累积的成形过程,提出宏微结构一体化制造的学术观点。该方法在金属、陶瓷与复合材料的成形制造中有着其他制造方法难以替代的优势,可以实现制造短流程化,并推动大批量制造模式向个性化制造模式发展。列举近年在金属零件定向晶组织制造、光子晶体制造、生物组织器官支架制造方面的研究成果,论述宏微结构一体化增材制造技术的实现方法与工程应用,解决了传统制造技术难以解决的宏微结构一体化制造难题,给制造技术展示出全新的发展前景,为相关学科和产业发展提供有力的制造技术支撑。

数控机床与3D打印一体化制造技术分析

数控机床技术和3D打印技术作为两种不同的加工方式,在加工生产中都有各自的优缺点。为了满足高端制造的需求,可将3D打印的增材制造技术与数控机床的减材制造技术相结合,充分发挥两种制造技术的优势。文章首先阐述了数控机床加工与3D打印一体化制造技术结合应用的优势,然后对数控机床与3D打印一体化制造技术进行分析,为促进我国工业生产水平的进一步提升奠定良好的基础。

铝合金环形零件形/性一体化制造技术

铝合金环形零件作为关键连接、传动、回转和支承部件在重型运载火箭贮箱、风电设备的轴承套圈及齿轮环、压力容器和核反应堆的加强圈等重大装备制造领域应用非常广泛。铝合金环形零件的生产是一个高能耗的热加工过程,现有生产工艺主要有两种:(1)厚板轧制-弯卷-对半焊接成形,环件焊接部位缝组织为弱性能区,无法满足在重载、冲击、高低温和强腐蚀等极端恶劣条件下长期稳定服役时的要求;(2)圆铸锭坯-多向锻造制坯-马架扩孔或环件辗扩,工艺流程冗长,辗扩前开坯、锻造和冲孔工序设备资金投入巨大,多次加热导致能源消耗和材料浪费严重,不利于环境友好型生产。深空探测领域铝合金环件存在几何尺度大、形状精度高、结构刚度低和服役环境苛刻等技术挑战,目前已实现Φ3 m~Φ10 m级大型铝合金环件辗扩生产。环件辗扩过程中的传热-变形-组织演变耦合行为使得环坯经历了多场、多因素作用下多道次、连续局部加载与卸载、不均匀变形和微观组织复杂演变历程。为了实现铝合金环件的辗扩成形,一是要使环件自身整体刚性和辗扩过程稳定,即"控稳";二是要使环件直径扩大与截面充填协同进行,同步获得径-轴向尺寸、截面轮廓及几何精度,即"控形";三是要使成形环件达到所要求的内部组织状态和各向性能,即"控性"。铝合金环形零件用环坯的制备是铝合金环件辗扩成形及其形/性一体化调控的基础,采用多向锻造变形技术可以有效细化大规格圆铸锭的粗大组织、破碎网状共晶化合物,实现组织改性,为后续辗扩过程提供优质环坯。通过开发铝合金环件双向辗扩智能建模仿真方法和基于力控的铝合金环件双向辗扩工艺路径智能仿真优化方法,解决了矩形/异形截面环件径-轴向变形区不协调、环件刚度弱及辗扩过程失稳等问题,实现了各轧辊运动的协调匹配和基于目标驱动的自动调控。利用辗扩成形后的形变强化和热处理时效析出强化改性技术,可以进一步提高环件强度和消除残余应力,使环件径向、轴向和周向均具有优良的性能。针对现有技术的不足,本文提出了环形零件短流程铸辗复合成形技术,将砂型铸造或离心铸造获得的环形铸坯加热后直接进行辗扩,在热辗扩过程中同时实现环形铸坯几何尺寸精度要求和组织与性能改善,揭示了基于织构演变的铸坯环件在热辗扩成形中的微观组织和性能控制机制,可为铝合金环件及铝基双金属层状复合环件的短流程形/性一体化制造提供理论指导。本文基于铝合金环形零件形/性一体化制造技术的研究现状,从铝合金环形零件用环坯的制备技术、铝合金环件辗扩成形技术和铝合金环件辗扩过程中组织与性能协同调控技术研究等方面做简要评述,着重阐述铝合金矩形/异形截面环件形/性一体化控制的技术挑战,提出铝合金环件制造技术的发展趋势及研究重点,以期推动铝合金环件/铝基双金属层状复合环件短流程制造过程中形/性一体化调控理论与技术的发展。

城市连廊钢结构、幕墙及机电给排水一体化制造和安装技术

以上海市徐家汇空中连廊二期为例,针对城市中心地段人行连廊的特殊条件,研发一种新型的连廊钢结构、幕墙及机电给排水的一体化制造安装技术,在确保质量安全的同时,缩短施工周期,减轻施工占路的交通压力,可供相关工程参考、借鉴。

一种大型复杂基座及结构一体化制造工艺研究

某新型设备采用内嵌方式布置在船体上层建筑外侧壁板上,对该区域外板表面及设备自身基座有具体精度要求,但本型产品上建外侧壁板板厚普遍较薄,首制船在设备安装前检测发现存在精度超标情况,需采用贴板后再人工打磨方式找平,考虑施工过程中需反复兼顾基座安装及贴板施工的相互作用,效率较为低下,文章主要论证通过合理改变分段划分及分段建造流程,将基座及结构一体化并采用整体机加工方式以保证安装面精度,进而提升生产效率。

未来数控机床与3D打印的一体化制造研究

科学技术是第一生产力,伴随技术发展和创新,新时期涌现出很多优秀技术和工艺,在数控机床方面,作为加工生产中的重要设备,长期使用不可避免的出现磨损、老化,浪费资源,增加设备维护成本。3D技术经过长期发展和改进,已经逐渐趋于成熟,可以借助金属粉末实现产品一次性打印,具体原理是通过数控机床加工期间产生的废料回收再利用,然后3D打印加工出强度低的部件,但是此项技术无法实现高强度金属零件生产,推动二者的一体化制造发展,可以大大降低生产加工期间所产生的损耗,提升生产效率,推动工业转型升级发展。本文就数控机床与3D打印一体化制造发展分析,有助于推动技术创新变革,为工业现代化转型发展做出更大的贡献。

复杂一体化陶瓷结构光固化增材制造研究进展

增材制造(AM)的出现为生产制造提供了更多的制造可能性,光固化增材制造的原理是基于层层叠加进行成型构建的,因此可以从结构设计端进行复杂一体化设计,实现复杂陶瓷零件结构的一体化制造,同时也为多个可活动单元陶瓷零件的制造提供可能性。在制造的前期,进行设计时考虑构件的特殊性,可以实现两个独立且配合使用的陶瓷零件一体化制造,无需后期进行螺栓固定连接的工序,大大降低了陶瓷零件装配的难度;并且光固化增材制造具备较优的一体化成型均匀性,给两个活动连接的陶瓷零件之间精准契合提供了优异的结构性能。对过去10年有关复杂一体化陶瓷结构光固化增材制造研究的进展进行总结归纳,对目前光固化陶瓷增材制造技术、材料及应用案例进行了介绍,并总结了复杂一体化陶瓷结构光固化增材制造发展面临的挑战。

面向3D打印的设计制造一体化探索

紧密围绕航天结构未来发展需求,以增材制造复杂产品研发为研究对象,对实现设计制造一体化的技术路线和关键技术进行分析。把设计、仿真和制造有机统一起来,把工艺设计纳入结构设计流程,通过仿真驱动设计来提高产品质量、降低制造成本。研究成果可应用于航天领域增材制造产品研发,对传统设计制造模式向智能制造转型具有积极探索意义。

离散制造业三维设计制造一体化建设方案的设计与实现

针对离散制造业机加类零件的设计、工艺、制造,各角色间信息沟通不畅,缺乏协作,相互分离,导致的变更多、周期长、成本高的问题,提出了以工艺为核心,充分发挥工艺部门承上启下的功能,向前规范设计,向后约束加工,形成了一套涵盖协同准备、协同流程、协同应用三个维度的技术方案。通过应用本方案,可使产品设计更改次数减少,投产准备时间降低,信息传递效率提高,产品生产周期缩短,生产产能得到提升。

基于BOM的设计制造一体化模式研究与应用

随着航天制造企业信息化程度的不断提升,产品研制过程中各环节的贯通和衔接需求越来越迫切。针对产品研制过程中的设计、工艺、制造等协同问题,本文详细分析了国内某航天制造企业的产品设计与生产制造业务现状,提出了一种基于物料清单(Bill of Materials,BOM)管理的设计制造一体化解决思路,并对涉及的关键技术内容进行详细阐述。该方法以BOM为核心贯穿产品研制全生命周期,实现各系统间的数据传递与应用,完成了设计制造由模块化孤立串行向并行一体化转变,并在企业实际研制生产过程中得到成功应用。

基于拓扑优化与3D打印的多尺度设计-制造一体化方法研究

拓扑优化(TO)和3D打印是当前工程设计与制造领域的研究前沿,而多尺度TO设计和基于TO和3D打印的设计-制造一体化是两大挑战性应用问题。为解决这两大应用问题,首先通过在多种TO方法中引入IGA方法、最大/最小尺寸约束和自支撑设计获得面向3D打印的TO/ITO混合算法;然后考虑尺度分离和尺度相关两种情况实现多尺度TO/ITO设计;最后将所得最终拓扑采用多自由度3D打印技术和微观尺度3D打印技术制备出来。所得基于拓扑优化与3D打印的多尺度设计-制造一体化方法具有更高效、成本较低且应用更广泛的优势,促进了两大应用问题在实际工程中的应用。

海洋石油平台一体化制造技术分析

海洋石油行业受国际油价持续走低的影响,降低海洋石油平台建设成本成为工程项目的首要考虑。我公司作为我国实施海洋石油平台工程建设的主要单位,创新采用海洋石油平台一体化制造技术,减少大型吊车资源投入、高空作业以及部分施工人力投入,不仅降低海洋石油平台制造成本,也降低了安全环保方面的风险。本文简要对一体化制造技术进行分析,期待更多的海洋石油平台项目推广应用。

面向设计制造一体化的管道预制管理信息系统

管道的制造和安装是工厂建设的重要组成部分 ,目前国内项目的管道设计、制造和安装过程中的信息还未有效地集成起来 ,针对这一问题提出了一种将管道设计和制造信息集成管理的模式 基于统一的分级管道数据模型 ,把管道设计过程中的各种信息和制造过程中材料管理、生产进度管理和质量控制的信息进行了统一 ,形成了管道布置系统的集成软件结构 利用一体化的管道预制管理系统 ,AEC项目的承包企业可以提升现有的流程 ,提高生产效率和制造的质量 该方法已经在相应的软件中得到了实现 。

SPF/DB设计与制造一体化技术在导弹中的应用

为满足飞机、航空发动机、导弹新型结构的发展需要,开展基于SPF/DB成形工艺的设计与制造一体化技术研究,建立系统完善的一体化流程。实践表明,一体化设计制造方法能够有效缩短研制周期,提高研制效率。

CIM环境下现代设计制造一体化技术与方法

分析了设计制造一体化集成的CIM环境需求 ,从信息建模、产品与过程建模两方面深入阐述了支持现代设计制造一体化的方法学。在上述研究基础上 ,提出了设计制造一体化系统总体集成方案。

复合材料设计制造一体化中的固化变形预报技术

复合材料结构固化变形预报是设计制造一体化中的一项关键技术,可以指导模具与工艺参数设计、结构概念与细节设计,进行可制造性评价。国内外学者专家经过多年的研究,目前理论分析方法已经比较完善。

面向飞机设计制造一体化成熟度管控技术研究

飞机设计制造一体化即应用并行工程理念,运用信息化技术实现飞机设计研制技术、信息和资源的协同集成。飞机设计制造一体化工程难度巨大、协作面广、综合性强、管理困难。波音和空客公司均采用成熟度技术来联系业务流程和管理流程。面向我国厂所一体化的飞机研制模式提出了一种多阶段多层次细粒度成熟度模型。并在该模型的基础上研究了成熟度的指标体系和评价方法。并验证了该模型和评价体系的有效性。

基于PDM的电子电路设计制造一体化

分析企业电子电路设计制造系统的现状及问题,提出基于PDM(产品数据管理)的设计制造一体化系统的方法和该系统实施过程中的一些关键技术。

基于虚拟样机的遥感器设计、分析、制造一体化

传统的基于物理样机的研制方法开发周期长、费用高,极大的制约了遥感器的研制和应用。遥感器的研制过程可以抽象成为信息在市场、设计、生产各个部门之间的收集、处理、应用的过程。虚拟样机是产品的数字模型的集合,是记录信息的载体以及应用信息的工具,能够表达产品各个方面的特性,可以对遥感器的全生命周期提供支持。文章提出了基于虚拟样机的遥感器设计、分析、制造一体化思想,分析了其关键支撑技术,并给出了一个基于虚拟样机的遥感器性能分析应用实例。