当前位置: 首页 > 新闻资讯 > 金属材料增材制造中支撑结构专利技术综述论文

金属材料增材制造中支撑结构专利技术综述论文

发布时间:2024-01-18 19:55:42

  1. 增材制造的分类和应用现状是什么
  2. 增材制造的技术应用
  3. 增材制造技术有哪些具体的应用?

一、增材制造的分类和应用现状是什么

——2022年中国3d打印行业发展现状及市场规模分析 2020年3d打印市场依旧维持高增速【组图】

主要上市公司:兴业股份(603928)、华工科技(000988)、苏大维格(300331)、毅昌股份(002420)、大族激光(002008)、中望软件(688083)、森远股份(300210)

本文核心数据:中国3d打印市场规模、中国3d打印下游应用场景

2020年我国3d打印市场规模超200亿元 全球排名第三

2017-2020年,我国3d打印产业规模逐年增加,增加速度要略快于全球整体增速,以致于我国3d产业占全球的比重在不断增加。根据2020年3月赛迪顾问发布的《2019年全球及中国3d打印行业数据》,2019年,中国3d打印产业规模为157.5亿元,同比增加31.1%。经初步统计,2020年中国3d打印规模突破200亿元,约为208亿元。

美国3d打印的产业规模占全球比重40.4%,德国仅次于美国,中国位居第三。作为3d打印起步较晚的中国,近几年,抓紧自主创新和研发,虽然和国外的技术还有一定差距,但也一步步朝着精细化和专业发展。当然,国内巨大的市场潜能,也吸引了不少国外3d打印行业巨头的目光和投资,进一步推动了中国3d打印产业的发展。

3d打印设备占比近45%

根据赛迪顾问(ccid)最新发布的数据显示,2020年,中国3d打印设备产业规模92.54亿元,占比最高,达到44.58%;3d打印服务产业规模64.46亿元,占比31.05%;3d打印材料产业规模50.59亿元,占比24.37%。

多数3d打印机价格在2500美元以上

3d打印机随用途的不用价位也不同,一般商用打印机价位较高,价位为几万到几十万不等;国内购物网站上已经可以购买到廉价的3d打印机价格在3000至5000元不等,并配有快速入门指南、相应软件下载、机器矫正等介绍。随着3d打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3d打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。

3dsciencevalley对企业的调查显示,中国市场对于高端的工业级3d打印设备采购占据主流地位,有超过44%的企业采用的10万美金/台以上的工业级3d打印机。

汽车、工业机械与航空航天是主要应用领域

3d打印应用的领域广泛,3d打印在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点,同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。

根据中国增材制造产业联盟统计,在应用领域方面,由于工业机械、汽车制造、航天航空等领域对于构件质量要求、定制化要求较高,因此,我国3d打印应用领域主要集中于工业机械、汽车制造、航天航空等领域,三者合计占比超过50%,其中工业领域应用占比20%,航空航天应用占比18.90%,汽车领域应用占比16.00%。

注:相关官方机构未公布2020年数据,上述数据为中国增材制造产业联盟2018年统计数据,仅供参考

以上数据参考前瞻产业研究院《中国3d打印行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

二、增材制造的技术应用

高速、高机动性、长续航能力、安全高效低成本运行等苛刻服役条件对飞行器结构设计、材料和制造提出了更高要求。轻量化、整体化、长寿命、高可靠性、结构功能一体化以及低成本运行成为结构设计、材料应用和制造技术共同面临的严峻挑战,这取决于结构设计、结构材料和现代制造技术的进步与创新。  首先,增材制造技术能够满足航空武器装备研制的低成本、短周期需求。随着技术的进步,为了减轻机体重量,提高机体寿命,降低制造成本,飞机结构中大型整体金属构件的使用越来越多。大型整体钛合金结构制造技术已经成为现代飞机制造工艺先进性的重要标志之一。美国f-22后机身加强框、f-14和“狂风”的中央翼盒均采用了整体钛合金结构。大型金属结构传统制造方法是锻造再机械加工,但能用于制造大型或超大型金属锻坯的装备较为稀缺,高昂的模具费用和较长的制造周期仍难满足新型号的快速低成本研制的需求;另外,一些大型结构还具有复杂的形状或特殊规格,用锻造方法难以制造。而增量制造技术对零件结构尺寸不敏感,可以制造超大、超厚、复杂型腔等特殊结构。除了大型结构,还有一些具有极其复杂外形的中小型零件,如带有空间曲面及密集复杂孔道结构等,用其他方法很难制造,而用高能束流选区制造技术可以实现零件的净成形,仅需抛光即可装机使用。传统制造行业中,单件、小批量的超规格产品往往成为制约整机生产的瓶颈,通过增量制造技术能够实现以相对较低的成本提供这类产品。  据统计,我国大型航空钛合金零件的材料利用率非常低,平均不超过10 %;同时,模锻、铸造还需要大量的工装模具,由此带来研制成本的上升。通过高能束流增量制造技术,可以节省材料三分之二以上,数控加工时间减少一半以上,同时无须模具,从而能够将研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低,节省国家宝贵的科研经费。  通过大量使用基于金属粉末和丝材的高能束流增材制造技术生产飞机零件,从而实现结构的整体化,降低成本和周期,达到“快速反应,无模敏捷制造”的目的。随着我国综合国力的提升和科学技术的进步,为了缩小与发达国家的差距,保证研制速度、加快装备更新速度,急需要这种新型无模敏捷制造技术——金属结构快速成形直接制造技术。  其次,增材制造技术有助于促进设计-生产过程从平面思维向立体思维的转变。传统制造思维是先从使用目的形成三维构想,转化成二维图纸,再制造成三维实体。在空间维度转换过程中,差错、干涉、非最优化等现象一直存在,而对于极度复杂的三维空间结构,无论是三维构想还是二维图纸化已十分困难。计算机辅助设计(cad)为三维构想提供了重要工具,但虚拟数字三维构型仍然不能完全推演出实际结构的装配特性、物理特征、运动特征等诸多属性。采用增量制造技术,实现三维设计、三维检验与优化,甚至三维直接制造,可以摆脱二维制造思想的束缚,直接面向零件的三维属性进行设计与生产,大大简化设计流程,从而促进产品的技术更新与性能优化。在飞机结构设计时,设计者既要考虑结构与功能,还要考虑制造工艺,增材制造的最终目标是解放零件制造对设计者的思想束缚,使飞机结构设计师将精力集中在如何更好实现功能的优化,而非零件的制造上。在以往的大量实践中,利用增量制造技术,快速准确地制造并验证设计思想在飞机关键零部件的研制过程中已经发挥了重要的作用。另一个重要的应用是原型制造,即构建模型,用于设计评估,例如风洞模型,通过增材制造迅速生产出模型,可以大大加快“设计-验证”迭代循环。  再次,增材制造技术能够改造现有的技术形态,促进制造技术提升。利用增量制造技术提升现有制造技术水平的典型的应用是铸造行业。利用快速原型技术制造蜡模可以将生产效率提高数十倍,而产品质量和一致性也得到大大提升;利用快速制模技术可以三维打印出用于金属制造的砂型,大大提高了生产效率和质量。在铸造行业采用增量制造快速制模已渐成趋势。

三、增材制造技术有哪些具体的应用?

我所在的公司是专门生产各种零件、模具的,每天都要使用增材制造,通过这种技术可以将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加工,解决同类型零部件难以加工难题。我们用的是stratasys j8 系列 3d 打印机,拥有超过50万种配色、纹理模拟、灵活透明的材料,工作流程也很简便,可以快速完成3d打印样件的外形和配合验证,是市面上相对比较好用的彩色3d打印机。此外,增材制造技术的应用越来越广泛,覆盖了航天航空、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等众多领域。毫不夸张地说,如果没有增材制造,很多行业将会寸步难行。谢谢您采纳并认可我精湛的回答

Top