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【解析】增材制造技术在装备维修中的应用

赶印网 2019-09-09 阅读:48
摘要:[db:描述]

    增材制造技术最早起源于19世纪末的美国,到20世纪80年代后期,发展成熟并被广泛应用。近年来,增材制造技术获得迅猛发展,由于其在民用和军用制造领域具有重要的应用潜力,受到世界各国高度重视。开展增材制造技术在通用装备维修保障中的应用论证与试验验证研究,对我军通用装备维修保障的发展具有重要意义。

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    1增材制造:制造业的革命

    增材制造技术正在蓬勃发展,其应用和服务服务从航空航天(NASA)、国防部、能源部到日常用品市场,如图所示。

    

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    增材制造产品和服务销售量将逐年增加。如下图。

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    《经济学人》杂志在2011年预测,“3D打印生产的最终产品现在是20%,而且不是样机。到2020年,它可能达到50%”。

    2增材制造的现状

    增材制造现有市场分布如下图所示。从目前的情况看,国防部系统所占有的比例还不是很大,有很大的发展机遇和广阔的市场前景。

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    增材制造产品和服务全球市场的发展预测如下图(产值以百万美元计),几年之内其产值将数倍增长。

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    从20世纪80年代以来,快速原型样机就已经存在

    原始专利正在失效:迅猛的创新,新的竞争者和价格降低的趋势

    全球竞争剧烈和机遇宽广:在增材制造技术发展中,美国引领和发展增材制造以及主导部分和设备分销;但是,许多现有设备制造商和材料供应商的基地不在美国;在其他国家(中国、新加坡、英国)政府/公有资金协调地大量投资于增材制造;美国对于持续引领技术发展和夺取市场优势泰然自若,但需要领导和协调努力于美国制造和其他投资

    3增材制造(AM)/3D打印技术

    增材制造的定义(ASTM2792-12):“从3D模型数据通常将材料层层叠加制作物体的过程,这个过程与减去材料制造的传统机械加工相反。”ASTM定义了7种不同的增材制造,它们有各自特殊的方法。其中的两种方法如下示意图。左图是“立体平版印刷”(又称立体光刻,stereolithography)。

    右图是熔融沉积成型(FDM,fuseddepositionmodeling)的示意图。图中,1表示喷嘴喷出熔化的塑料(可塑体);2堆积的材料;3可控的可移动平台。

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    3D打印如何工作?请看以下示意图

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    ASTM对7种增材制造过程的定义,如下表

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    增材制造范例种种,如下图表

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    4增材制造的挑战和普遍采用的约束

    在增材制造研究与应用中,面临种种问题和挑战,特别是普遍推广应用受到种种因素的制约。研究这些问题和制约因素及其影响,将有利于其技术发展。

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    5美国制造-国家增材制造创新协会

    什么是“美国制造-国家增材制造创新协会”?

    协会是由工业界、政府和大学多机构的合作组成,由国防有关的制造业科技(S&T)团队引领的。协会工作体现了公私合作。其成员来自各军种、航空航天局(NASA)、国家科学基金会(NSF)和大学。协会的任务或目的是:

    面向工业界分享设备设施,特别是受企业事业和小型企业的喜爱

    促进技术转移和商业化

    确定技术准备等级(TRL)/制造准备等级(MRL)4-7

    延伸教育和人力开发

    5000万美元政府启动保证投资,3000万美元合作协议给予

    增材制造协会为随后的制造创新协会提供了模式

    为什么“美国制造”?

    “美国制造”创造了合作的机制:资源共享,风险共担。合作开发人员训练,评估,案例研究。具体工作包含合作开发材料规范,工艺规范,材料数据库,设计准则,应用指南等。公私投资项目塞进投资项目。协会采用专题讨论会、工作组、项目等形式,协同研究解决有关问题。通过协会扩充团体的知识,包含有关基础知识、在线协作工具、数据库、规范、应用指南和全部课程。

    政府结构-共同领导

    对于“美国制造”,政府建立了强有力的组织领导机构,包括执行委员会、管理委员会、技术顾问委员会实施共同领导。“美国制造”设有主任、执行主任和副主任等职务。

    6未来国防部增材制造的设想

    面向增材制造设计,并在子系统或整个企业中快速使用多种材料生产新的零部件,以实现新的轻量设计并减少燃料费

    鉴定和确认合格的增材制造材料和工艺,供设计者在新的和现有系统中能够使用

    采用增材制造能够为老旧零部件生产相当的替换品

    增材制造用于“聚焦后勤“-在适当的时间适当的地点提供适当的零部件

    增强美国工业基地,推进美国经济的制造部门,并支持社会、技术、经济和军事教育

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