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2016年我国增材制造技术重大成果汇总

2016-07-09 08:59
科技潮人
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  做为先进制造技术的代表,增材制造在我国高端产品的研发领域拥有不少“不可磨灭”的功绩。随着我国3D打印技术的不断发展,在高端工业领域的应用也逐渐增多,如航空部件的加工制造,工业级产品的设计制造以及核工业等领域的各类应用成果,都凸显了我国增材制造技术正在迈向一个新的“台阶”!

  领跑全球:武汉造最大激光3D打印设备

  由武汉光电国家实验室(筹)完成的“大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备(俗称激光3D打印技术)”顺利通过了湖北省科技厅成果鉴定。深度融合了信息技术和制造技术等特征的激光3D打印技术,由4台激光器同时扫描,为目前世界上效率和尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。该装备攻克了多重技术难题,解决了航空航天复杂精密金属零件在材料结构功能一体化及减重等“卡脖子”关键技术难题,实现了复杂金属零件的高精度成形、提高成形效率、缩短装备研制周期等目的。

  据了解, 华中科技大学武汉光电国家实验室教授曾晓雁领导的激光先进制造研究团队,在国家863和自然科学基金项目等资助下,经过十年的长期努力,在SLM成形理论、工艺和装备等诸多方面取得了重要成果,特别是突破了SLM成形难以高效制备大尺寸金属零件等瓶颈。此前,我国在SLM技术领域与国际先进水平相比有较大差距,大部分装备依赖进口。项目率先在国际上提出并研制出成形体积为500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材制造装备,它由4台500W光纤激光器、4台振镜分区同时扫描成形,成形效率和尺寸迄今为止同类设备中世界最大。

  此外,项目还攻克了多光束无缝拼接、4象限加工重合区制造质量控制等众多技术难题,实现了大型复杂金属零件的高效率、高精度、高性能成形。首次在SLM装备中引入双向铺粉技术,其成形效率高出同类装备的20-40%,标志着我国自主研制的SLM成形技术与装备达到了国际先进水平,所研制的零件不仅大大缩短了产品的研制周期,简化了工序,更重要的是将结构-功能一体化,获得性能优良的、轻质的零件。SLM技术成形精度高、性能好、且不需要工模具,属于典型的数字化过程,目前在复杂精密金属零件的成形中具有不可替代性,在精密机械、能源、电子、石油化工、交通运输等几乎所有的高端制造领域都具有广阔的工业应用前景。经过质询与讨论后,鉴定委员会一致认为该项目在SLM整体技术达到国际先进水平,其中在SLM装备的成形尺寸和效率达到国际领先水平,并建议进一步拓展材料与装备的应用范围。

  国内3D打印光固化技术获重大进展

  中科院福建物构所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术,并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影(DLP) 3D打印机。该3D打印机的速度达到了创记录的600 mm/h,可以在短短6分钟内,从树脂槽中“拉”出一个高度为60 mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时,速度提高了足足有100倍!

  传统的SLA技术采用逐层固化、层层累积的方式来构造三维物体,层与层之间需中断光照射,然后在已固化区域表面重新覆盖或填充精确、均匀的光敏树脂,再进行光照射形成新的固化层,这种方式系统复杂且耗时。2015年3月,美国Carbon3D公司最早提出“连续液面生长技术”(CLIP)。该技术是通过透氧材料特氟龙引入氧气作为固化抑制剂,在树脂底部形成一层薄的液态抑制固化层,即所谓的“固化死区”,避免已固化区域与底部粘连,使固化过程保持连续性,从而比传统的3D打印速度快25—100倍,达到500mm/h。

  福建物构所提出了一种特殊的半渗透性透明元件,作为树脂槽内底面的一部分,固定于打印光源的照射路径上。该类型半渗透性透明元件对氧气的透过率比一般高分子聚合物高,最高可达到5—10倍,因此氧气或空气均可作为固化抑制剂使用。具体的打印技术原理是:利用DLP投影系统提供照射光源,照射树脂槽底部的构建区域形成固化区域;同时通入氧气或空气,氧气或空气透过半渗透性透明元件进入树脂槽,在内底面和固化区域之间形成一层几十微米厚的抑制固化层。由于液态抑制固化层的存在,固化区域与树脂槽底部能轻松无损伤分离,实现全程固化的高速连续性,获得最大打印速度超过600 mm/h,比美国Carbon3D公司发布的连续3D打印设备速度快约20%。

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