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中国激光立体成形技术发展趋势及建议

2013-06-27 16:17
野明月
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  1892年,一个立体地形模型制造的美国专利首创了叠层制造原理,在其后的一百年间,类似的叠层制造专利有数百个之多,实践中的技术探索也层出不穷。但以立体光刻技术的诞生为标志,以快速满足柔性化需求为主要应用目标的现代增材制造技术才真正形成。可以说,如果没有CAD实体模型和对其进行分层剖分的软件技术,没有能够控制激光束按任意设定轨迹运动的振镜技术、数控机床或机器手,增材制造技术的柔性化特征就只能停留在一种理想的原理上。因此,增材制造技术应该被称为信息化增材制造技术或数字化增材制造技术。作为信息化时代的代表性制造技术,增材制造技术是应该得到大力支持的前沿技术,是使我国在信息化时代,特别是当前回归实体制造业的世界潮流中占领制造技术领域国际制高点的优先发展方向。

  激光立体成形是能够满足成形/成性一体化极限需求的增材制造技术

  自立体光刻技术诞生以来,产生了很多构思奇妙的增材成形制造技术,对社会生产力的发展起到了极大的推动作用。但大多数增材成形技术主要是应用于快速原型制造,所以一度被冠以“快速原型”技术的名称。但增材成形原理绝非只能用于成形,也可以解决高性能的需求。激光立体成形技术就是一种兼顾精确成形和高性能成性需求的一体化制造技术。激光立体成形技术是将增材成形原理与激光熔覆技术相结合,集激光技术、计算机技术、数控技术和材料技术诸多现代先进技术于一体的一项实现高性能致密金属零件快速自由成形的增材制造技术。

  20世纪90年代以来,材料加工技术发展前沿呈现了一个明显的趋势,即追求短流程、低消耗、高柔性、环境友好、成形与组织性能控制一体化的先进技术。这种趋势反映的是需求的极限化要求,即同时满足多方面高端需求。这种极限化的需求在很多领域反映出来,而尤以航空航天领域为典型。航空航天领域的金属材料加工技术的典型前沿需求是兼顾高精度、高性能、高柔性与快速反应,成形结构十分复杂的薄壁金属零件。尽管铸、锻、焊、粉末冶金等各种传统技术都被努力发挥到近于极限,但由于其各自的技术原理所带来的根本性限制,依然难以满足这种极限化需求,这常常成为制约航空航天整体技术发展的瓶颈。激光立体成形技术,作为一种快速自由成形高性能致密金属零件的新技术,为解决同时满足上述多方面高端需求的难题提供了一条全新的技术途径。这项技术在医学植入体、船舶、机械、能源、动力领域复杂整体构件的高性能直接成形和快速修复等领域也都有广阔的应用前景。

  同批量化制造相比,满足多样化需求的个性化制造本质上是高成本的。信息化增材制造与采用常规制造技术来满足多样化和个性化需求相比,成本已经得到了极大的降低,但同批量化制造相比其成本仍然更高。因此,除了在新品研制和航空航天等可以承受较高制造成本的高端领域外,激光立体成形技术在其他领域的应用发展还受到较大的限制。但任何新技术的发展都有一个从初期的高成本逐渐降至低成本的过程。激光立体成形有进一步降低制造成本的广阔空间。一方面,激光器及其运行成本在不断降低;另一方面,随着人力成本越来越高,激光立体成形相对于需要大量人力的传统加工技术的成本会变得越来越低。在现阶段,激光立体成形还主要是在要求高性能、小批量、快速反应的零件生产的场合具有竞争力,而未来在批量生产领域的竞争力也会逐渐增强。

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