巩水利谈电子束成型进展:研制超冷陶瓷发动机叶片,装备全 ...

巩水利：各位专家、各位同仁，很高兴今天在青岛这座美丽的城市，也是很美好的一个季节，就我们增材制造，我们俗称的3D打印进行交流。今天借着我们这个行业的情况，结合一些国际国内的在行业上的一些需求以及我们所做的工作给大家做一个交流。我汇报的题目是巩水利：各位专家、各位同仁，很高兴今天在青岛这座美丽的城市，也是很美好的一个季节，就我们增材制造，我们俗称的3D打印进行交流。今天借着我们这个行业的情况，结合一些国际国内的在行业上的一些需求以及我们所做的工作给大家做一个交流。我汇报的题目是复杂金属结构件的增材制造技术与应用。各位都知道，这一块是在增材制造技术方面和3D打印技术方面，是它的应用和推动这个技术很主要的一个工业领域的方面，特别是关系到一个国家的国防军工行业的技术水平。很荣幸我们这个重点实验室是咱们国家的国防重点实验室，主要利用高能速流在开发一些工业的研究，因此这个3D打印的增材制造也是我们这个实验室做了二十几年的研究，我在此介绍一下。主要汇报四个方面的内容，一个是讲一下增材制造在航空技术的推动作用，第二就目前国外同行的发展做一下介绍，第三个主要想讲一下国内的情况，特别我们的一些研究称呼和代表，第四个是对增材制造方面我们的一些认识谈一下个人的看法，不一定完全对。我们知道目前在航空制造领域，制造技术主要是以金属构建为主，特别是我们目前飞行器的要求结构越来越复杂，体现它的结构和功能性一体化的发展趋势也是一个很好的方向。因此，目前在这个行业里主要是针对大型的成立结构的一些高效的成型技术，另外一个方面主要是对小型复杂功能结构的精密成型的技术。在这两大类的制造技术里，目前应该说最有代表性的制造技术应该是四块，在大型成立结构的高效成立技术方面，主要是有DMD技术，第二是EBF3技术，这个可能陌生一点，目前研究得不是特别多，我研究得不是特别多。第二个方面，围绕小型复杂功能结构的精密成形技术当中，最有代表性的是SLM，第二个是异军突起的EBM，这是目前的代表性技术。在大型承力结构的高效成形技术，DMD在国内发展速度非常快，特别是同轴送粉直接制造，这个技术就不用说了，这是它的一个发展原理性的趋势。右边这个图，是利用这个原理做的一个关键航空领域的零部件，这是它的原理。电子束的原理呢，它成形用的材料是金属丝材，在美国有两家公司，这个技术发展是同步发展，不太落后，这是它的技术。我们这里有一个表，激光束和电子束的对比，另外我们国内有这么多家的研究单位，北航、西工大等等。另外电子束的是625所、NASA等。这个是小型复杂功能结构的精密成形技术，原理很简单，我这边给了一个动画，这是在航空的飞行器模拟成形过程，这是作为精密复杂的结构，就是我们传统加工不好加工的零件，应该说用这个技术直接就可以把它做出来，这就是它的成形的过程，可以看出来。另外是电子数的选区熔化，它的好处是在真空的环境下成形，特别对一些保护的节点。对航空制造技术的促进作用，这些作用可能对我们其他行业基本上是类同的。促进设计思想的革命，支撑全新的设计理念。我们好多的技术理念，王总和北航的625所长期的合作引领设计理念，推动了技术的发展。第二个是实现先进的混合制造的思想，大量浪费了材料，加工周期也很长，成本也很高。现在怎么办呢？一些安装座、连接座等，这是一种。第三个，实现快速反应、敏捷制造，这个对我们来讲也是很关键的技术。第四个是修复，这个我想我们都有了。第一个，促进设计思想的革命，支撑全新的设计理念。在等应力的设计中，软件可根据所受载荷条件自动生成各截面应力均衡的结构，无应力集中，但结构形式十分复杂，传统方法难易制造，通过增材制造很容易实现。第二，能够制造过去没有的新型结构，促进结构设计创新，例如空间点阵夹芯结构——具有结构轻、刚性好，散热好等特点。从这个图上可以看出来，我们用了各种的散热结构，这种复杂结构直接就出来了。第三，由于精密增材制造技术不受零件形状限制，设计出来就可制造出来，因此设计可以依据功能最优化的原则，无须过多考虑制造难度的问题。过去的加工很难，现在怎么办呢？现在利用选区就可以出来。第四，利用增材制造技术研制新一代航空发动机超冷涡轮叶片，能够实现钛合金、甚至陶瓷基材料任意复杂的流道及气膜冷却孔的直接制造，从而大大提高耐高温性能。第二个，国外的发展趋势，我想介绍一下。第一个，航空的需求是十分广泛的，技术发展十分迅猛，实施了战略和资源的整合，特别是航空国防集中利用度非常高，还有产业联盟也在做这个事。研发实力比较突出，促进了技术的发展。第四是应用技术成果显著，部分技术已经实现批量，应用范围不断扩展。另外增材制造技术发展很快，产业发展迅猛，前面专家说了我就不再说了。美国政府很重视，特别是在军方方面，组织了一系列的研究团队。在电子束成形和发动叶片激光修复等方面都有很大的应用。在欧洲也比较重视。国内的情况，这几年在增材制造方面也做了大量的研究工作，主要从材料、配方、工艺到技术服务全方位发展。我们这么多年，96年到2013年所有的发展路线，特别这两年发展比较快，而且形成了比较完整的体系，从材料到束源到方法，各种方法都有，有专门的团队在做这个事。特别值得一提的是电子束方面我们在做，而且进行了相关的应用。我们突破了一些工业技术，形成了针对不同材料及结构的工艺体系。这里的几个件都是比较有代表性的，这是国内最大的增材制造的一个复杂的结构件。这个件是一个很复杂的件，包括精度在不断提高，激光选区也是这样的，应该说和国际是同步的，我们想在精度上可以看出来实现了这个精度。这是我们目前最大的一个基础件。从设备到软件成形开发，应该说都是走在前列的。还有我们自己的知识产权装备制造，所有的装备，目前这是国际最大的，都由我们来做，都是一家在做这件事。另外我们开发了国内的，应该说据我们所知目前国内比较大的设备。另外它未来也有几个发展方向。第二个是精密无余量选区也在做。未来的建议，客观来讲和国外有所差距，我们的知识产权相对少一点，你比如说我们的素材，第二我们成形的软件，我们自主研发这一块很少，没有形成整个的产能和能力。另外产业发展，我们感觉到发展比较慢，在我们的技术方面、医疗方面都要加快发展，各方面形成我们的团队进行改善。不管从材料、工艺、装备来讲都需要大家共同努力。巩水利：各位专家、各位同仁，很高兴今天在青岛这座美丽的城市，也是很美好的一个季节，就我们增材制造，我们俗称的3D打印进行交流。今天借着我们这个行业的情况，结合一些国际国内的在行业上的一些需求以及我们所做的工作给大家做一个交流。我汇报的题目是巩水利：各位专家、各位同仁，很高兴今天在青岛这座美丽的城市，也是很美好的一个季节，就我们增材制造，我们俗称的3D打印进行交流。今天借着我们这个行业的情况，结合一些国际国内的在行业上的一些需求以及我们所做的工作给大家做一个交流。我汇报的题目是复杂金属结构件的增材制造技术与应用。各位都知道，这一块是在增材制造技术方面和3D打印技术方面，是它的应用和推动这个技术很主要的一个工业领域的方面，特别是关系到一个国家的国防军工行业的技术水平。很荣幸我们这个重点实验室是咱们国家的国防重点实验室，主要利用高能速流在开发一些工业的研究，因此这个3D打印的增材制造也是我们这个实验室做了二十几年的研究，我在此介绍一下。主要汇报四个方面的内容，一个是讲一下增材制造在航空技术的推动作用，第二就目前国外同行的发展做一下介绍，第三个主要想讲一下国内的情况，特别我们的一些研究称呼和代表，第四个是对增材制造方面我们的一些认识谈一下个人的看法，不一定完全对。我们知道目前在航空制造领域，制造技术主要是以金属构建为主，特别是我们目前飞行器的要求结构越来越复杂，体现它的结构和功能性一体化的发展趋势也是一个很好的方向。因此，目前在这个行业里主要是针对大型的成立结构的一些高效的成型技术，另外一个方面主要是对小型复杂功能结构的精密成型的技术。在这两大类的制造技术里，目前应该说最有代表性的制造技术应该是四块，在大型成立结构的高效成立技术方面，主要是有DMD技术，第二是EBF3技术，这个可能陌生一点，目前研究得不是特别多，我研究得不是特别多。第二个方面，围绕小型复杂功能结构的精密成形技术当中，最有代表性的是SLM，第二个是异军突起的EBM，这是目前的代表性技术。在大型承力结构的高效成形技术，DMD在国内发展速度非常快，特别是同轴送粉直接制造，这个技术就不用说了，这是它的一个发展原理性的趋势。右边这个图，是利用这个原理做的一个关键航空领域的零部件，这是它的原理。电子束的原理呢，它成形用的材料是金属丝材，在美国有两家公司，这个技术发展是同步发展，不太落后，这是它的技术。我们这里有一个表，激光束和电子束的对比，另外我们国内有这么多家的研究单位，北航、西工大等等。另外电子束的是625所、NASA等。这个是小型复杂功能结构的精密成形技术，原理很简单，我这边给了一个动画，这是在航空的飞行器模拟成形过程，这是作为精密复杂的结构，就是我们传统加工不好加工的零件，应该说用这个技术直接就可以把它做出来，这就是它的成形的过程，可以看出来。另外是电子数的选区熔化，它的好处是在真空的环境下成形，特别对一些保护的节点。对航空制造技术的促进作用，这些作用可能对我们其他行业基本上是类同的。促进设计思想的革命，支撑全新的设计理念。我们好多的技术理念，王总和北航的625所长期的合作引领设计理念，推动了技术的发展。第二个是实现先进的混合制造的思想，大量浪费了材料，加工周期也很长，成本也很高。现在怎么办呢？一些安装座、连接座等，这是一种。第三个，实现快速反应、敏捷制造，这个对我们来讲也是很关键的技术。第四个是修复，这个我想我们都有了。第一个，促进设计思想的革命，支撑全新的设计理念。在等应力的设计中，软件可根据所受载荷条件自动生成各截面应力均衡的结构，无应力集中，但结构形式十分复杂，传统方法难易制造，通过增材制造很容易实现。第二，能够制造过去没有的新型结构，促进结构设计创新，例如空间点阵夹芯结构——具有结构轻、刚性好，散热好等特点。从这个图上可以看出来，我们用了各种的散热结构，这种复杂结构直接就出来了。第三，由于精密增材制造技术不受零件形状限制，设计出来就可制造出来，因此设计可以依据功能最优化的原则，无须过多考虑制造难度的问题。过去的加工很难，现在怎么办呢？现在利用选区就可以出来。第四，利用增材制造技术研制新一代航空发动机超冷涡轮叶片，能够实现钛合金、甚至陶瓷基材料任意复杂的流道及气膜冷却孔的直接制造，从而大大提高耐高温性能。第二个，国外的发展趋势，我想介绍一下。第一个，航空的需求是十分广泛的，技术发展十分迅猛，实施了战略和资源的整合，特别是航空国防集中利用度非常高，还有产业联盟也在做这个事。研发实力比较突出，促进了技术的发展。第四是应用技术成果显著，部分技术已经实现批量，应用范围不断扩展。另外增材制造技术发展很快，产业发展迅猛，前面专家说了我就不再说了。美国政府很重视，特别是在军方方面，组织了一系列的研究团队。在电子束成形和发动叶片激光修复等方面都有很大的应用。在欧洲也比较重视。国内的情况，这几年在增材制造方面也做了大量的研究工作，主要从材料、配方、工艺到技术服务全方位发展。我们这么多年，96年到2013年所有的发展路线，特别这两年发展比较快，而且形成了比较完整的体系，从材料到束源到方法，各种方法都有，有专门的团队在做这个事。特别值得一提的是电子束方面我们在做，而且进行了相关的应用。我们突破了一些工业技术，形成了针对不同材料及结构的工艺体系。这里的几个件都是比较有代表性的，这是国内最大的增材制造的一个复杂的结构件。这个件是一个很复杂的件，包括精度在不断提高，激光选区也是这样的，应该说和国际是同步的，我们想在精度上可以看出来实现了这个精度。这是我们目前最大的一个基础件。从设备到软件成形开发，应该说都是走在前列的。还有我们自己的知识产权装备制造，所有的装备，目前这是国际最大的，都由我们来做，都是一家在做这件事。另外我们开发了国内的，应该说据我们所知目前国内比较大的设备。另外它未来也有几个发展方向。第二个是精密无余量选区也在做。未来的建议，客观来讲和国外有所差距，我们的知识产权相对少一点，你比如说我们的素材，第二我们成形的软件，我们自主研发这一块很少，没有形成整个的产能和能力。另外产业发展，我们感觉到发展比较慢，在我们的技术方面、医疗方面都要加快发展，各方面形成我们的团队进行改善。不管从材料、工艺、装备来讲都需要大家共同努力。