項(xiàng)目八三維噴涂粘結(jié)工藝（3DP）

思變則達(dá)，固守則敗。在傳統(tǒng)鑄造工藝中，大尺寸、薄壁結(jié)構(gòu)一直是難以突破的技術(shù)壁壘，但金屬3D技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)“大”和“薄”，采用多光束無縫拼接技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)一次性整體快速成形。而長期以來，國際高端金屬3D打印裝備市場是一直被美國、德國和英國的公司壟斷的。但是我國自主研發(fā)的3D打印設(shè)備打破了國外壟斷。實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級高端金屬增材制造裝備的國產(chǎn)化，并且成功出口到法國，德國等歐洲國家。采用該項(xiàng)技術(shù)制造的C919大飛機(jī)的3.07米高的中央翼緣條，至今依然是國際上無拼接連續(xù)成形，尺寸最大的金屬3D打印零部件。翻轉(zhuǎn)課堂的起源翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的對比三維噴涂粘結(jié)工藝原理三維噴涂粘結(jié)工藝特點(diǎn)8.18.28.38.48.51.粘接材料三維噴涂粘結(jié)技術(shù)成型原理是由噴墨打印頭按照計(jì)算機(jī)所設(shè)計(jì)的模型輪廓向粉末成型材料噴射液體粘結(jié)劑，使粉末逐層打印并重疊粘結(jié)成型制件，可通過對墨盒數(shù)量及顏色的控制打印出多色三維零件。此技術(shù)能打印彩色原型件，可以更大限度的適應(yīng)市場需求，應(yīng)用更加廣泛。8.1三維噴涂粘結(jié)工藝原理一、三維噴涂粘結(jié)技術(shù)的分類2.光固化三維噴涂粘結(jié)技術(shù)此類技術(shù)的原理是將光敏樹脂按照計(jì)算機(jī)所設(shè)計(jì)的輪廓逐層噴出，并通過紫外光迅速固化成型。噴頭沿平面運(yùn)動的過程中，將噴射樹脂材料和支撐材料同時(shí)噴出，形成所需要的截面，并通過紫外光固化。按此過程不斷重復(fù)，層層疊加。8.1三維噴涂粘結(jié)工藝原理一、三維噴涂粘結(jié)技術(shù)的分類3.熔融材料三維噴涂粘結(jié)技術(shù)此類技術(shù)使用成型材料為熔融材料，通過加熱材料熔融，使其按照所設(shè)計(jì)的輪廓從噴頭噴出，并逐層堆積，同時(shí)噴出相應(yīng)的支撐材料成型。與光固化三維打印技術(shù)相比，只是少了紫外光固化過程，過程更簡潔。8.1三維噴涂粘結(jié)工藝原理一、三維噴涂粘結(jié)技術(shù)的分類8.1三維噴涂粘結(jié)工藝原理二、三維噴涂粘結(jié)技術(shù)的工作原理1.成本低，體積小2.材料類型選擇廣泛。3.打印過程無污染。4.成型速度快。5.運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、可靠性高。6.高度柔性。8.2三維噴涂粘結(jié)工藝特點(diǎn)一、三維噴涂粘接工藝優(yōu)點(diǎn)1.成形精度不高。2.制件強(qiáng)度較差。采用粉末粘結(jié)，初始打印坯強(qiáng)度不高，而經(jīng)過后續(xù)燒結(jié)的打印制件強(qiáng)度也會受到燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時(shí)間等多方面因素的影響，因此確定合適的燒結(jié)工藝也是決定打印制件強(qiáng)度的關(guān)鍵所在。8.2三維噴涂粘結(jié)工藝特點(diǎn)二、三維噴涂粘接工藝缺點(diǎn)三維噴涂粘結(jié)模型前期準(zhǔn)備不需要設(shè)計(jì)支撐，未成形的粉末即可作為支撐材料，只需要利用三維CAD系統(tǒng)完成所需生產(chǎn)零件的模型設(shè)計(jì)，將模型轉(zhuǎn)化為STL文件，利用專用切片軟件將其切成薄片。8.3熟識三維噴涂粘結(jié)工藝流程一、模型期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備8.3熟識三維噴涂粘結(jié)工藝流程二、分層疊加過程1.制件粉末的初步清理2.基于不同方法的后處理工藝3.制件表面的后期處理8.3熟識三維噴涂粘結(jié)工藝流程三、成型件的后處理（1）顆粒小，最好成球狀，均勻，無明顯團(tuán)聚。（2）粉末流動性好，使供粉系統(tǒng)不易堵塞，能鋪成薄層。（3）在溶液噴射沖擊時(shí)不產(chǎn)生凹陷、濺散和孔洞。（4）與黏接溶液作用后能很快固化。8.4三維噴涂粘結(jié)工藝的適用材料成型粉末需要具備如下特點(diǎn)：（1）顆粒小，最好成球狀，均勻，無明顯團(tuán)聚。（2）粉末流動性好，使供粉系統(tǒng)不易堵塞，能鋪成薄層。（3）在溶液噴射沖擊時(shí)不產(chǎn)生凹陷、濺散和孔洞。（4）與黏接溶液作用后能很快固化。8.4三維噴涂粘結(jié)工藝的適用材料成型粉末需要具備如下特點(diǎn)：

可以使用的粉末材料主要有石膏粉末、金屬粉末、陶瓷粉末、型砂、淀粉、熱塑材料或者是其他一些有合適粒徑的粉末等。3DP加工中有多個(gè)因素影響其精度：1.由模型通過軟件數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換成STL格式文件時(shí)產(chǎn)生。使STL模型對原模型的描述存在誤差，在曲面相交處會產(chǎn)生破損或重復(fù)等缺陷。2.進(jìn)行分層處理所產(chǎn)生的誤差。8.5三維噴涂粘結(jié)工藝精度一、三維噴涂粘結(jié)工藝精度分析3DP加工中有多個(gè)因素影響其精度：1.由模型通過軟件數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換成STL格式文件時(shí)產(chǎn)生。使STL模型對原模型的描述存在誤差，在曲面相交處會產(chǎn)生破損或重復(fù)等缺陷。2.進(jìn)行分層處理所產(chǎn)生的誤差。3.打印過程中打印件的變形及完成后黏結(jié)劑中多余水分未經(jīng)足夠的干燥去除，以及由于溫度和構(gòu)造產(chǎn)生應(yīng)力變化造成的變形等。8.5三維噴涂粘結(jié)工藝精度一、三維噴涂粘結(jié)工藝精度分析1.減少分層帶來的階梯誤差。2.注意分層方向?qū)Τ尚秃蟮谋砻尜|(zhì)量的影響。3.減少三角片面近似逼近實(shí)體模型帶來的誤差。4．尋求能按照三維零件曲率和斜率自動調(diào)整分層厚度的軟件，使成型件有高品質(zhì)表面。5.研究新的成型方法、材料及成型件表面處理方法，減少變形提高成型件的穩(wěn)定性。8.5三維噴涂粘結(jié)工藝精度二、三維噴涂粘結(jié)工藝誤差解決方案課堂作業(yè)談一談你對三維噴涂粘結(jié)未來發(fā)展趨勢的看法。課堂作業(yè)ThankYou!項(xiàng)目九其他3D打印成型工藝

人好比就是一個(gè)機(jī)器，因?yàn)槭軅?、衰老或其他原因，會產(chǎn)生某些“零件”的損壞，人體的“零件”具有一定的自修復(fù)性，但是超過一定限度后就難以自修復(fù)，生物3D打印的重要目標(biāo)就是替換損壞的“零件”即器官移植。2012年，我國學(xué)者就利用生物3D打印技術(shù)成功打印出腎臟，該腎臟仿照人體腎臟結(jié)構(gòu)，并且具備一定的功能，當(dāng)年被國際著名期刊《Biomaterials》評價(jià)為“生物3D打印領(lǐng)域最先進(jìn)水平”。2022年來我國成功研制出六軸生物3D打印機(jī)，科研人員研發(fā)出了具有內(nèi)生毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，且能夠在體外存活的心肌組織。更絕的是，這些組織可以在體外起搏超過6個(gè)月，該研究成果不僅突破了已有技術(shù)的發(fā)展瓶頸，而且彰顯了我國的科技創(chuàng)新自信，真是振奮人心，激發(fā)了我輩投身科學(xué)、立志報(bào)國的熱情。9.1金屬粉末添置方式9.2熔絲沉積方式1.激光選區(qū)熔化（SelectiveLaserMelting,SLM)成型技術(shù)2.激光近凈成型（LaserEngineeredNetShaping,LENS)技術(shù)3.電子束選區(qū)熔化（ElectronBeamSelectiveMelting,EBSM)成型技術(shù)金屬粉末添置方式1.電子束熔絲沉積成型技術(shù)2.電弧熔絲沉積成型技術(shù)熔絲沉積方式激光選區(qū)熔化成型技術(shù)激光按給定路徑掃描鋪粉器預(yù)先鋪放的一層金屬粉末（厚度為20?100mm),該層金屬粉末熔敷于前一層之上形成冶金結(jié)合。SLM成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）可以大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。（2）由于激光掃描金屬粉末后，金屬粉末快速熔化后又極快凝固。（3）節(jié)約材料。（4）由于光斑直徑小，能量高，可以制備精度較高的零部件。同時(shí)，因?yàn)槭侵苯蛹庸こ尚彤a(chǎn)品，可以制備任何復(fù)雜零件。SLM成型技術(shù)的工藝過程激光近凈成型技術(shù)

其零件的成型原理為：高功率激光通過聚焦后形成一個(gè)較小的光斑作用于基體并在基體上形成一個(gè)較小的熔池，同時(shí)粉末運(yùn)輸系統(tǒng)將金屬粉末通過噴嘴匯集后輸送到熔池中，粉末經(jīng)熔化，凝固后形成一個(gè)致密的金屬點(diǎn)。隨激光在零件上的移動，逐漸形成線和面，最后通過面的累加形成三維金屬零件。LENS成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)

LENS成型技術(shù)的工藝優(yōu)點(diǎn)：1.能夠直接制造致密的金屬零件，其硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能較高，與相同材料的軋制件相近。2.材料適應(yīng)性強(qiáng)，可以加工鐵、鋁、鈦、鎳等多種金屬粉末及其混合粉末，能夠通過改變粉末的成分制造功能梯度材料。3.材料與激光相互作用時(shí)快速熔化和凝固，使其可以得到常規(guī)加工方法下無法得到的組織，如高度細(xì)化的晶粒、晶內(nèi)亞結(jié)構(gòu)、高度過飽和固溶體等。LENS成型技術(shù)工藝的不足之處：“近似凈形”（0.2?0.5mm過量構(gòu)建），需要精加工。LENS成型技術(shù)的工藝過程電子束選區(qū)熔化成型技術(shù)

在真空室內(nèi)，電子束在偏轉(zhuǎn)線圈驅(qū)動下按CAD/CAM規(guī)劃的路徑掃描。熔化預(yù)先鋪層的金屬粉末，完成一個(gè)層面的掃描后，工作箱下降一個(gè)層高。鋪粉器重新鋪放一層粉末，電子束再次掃描熔化。如此反復(fù)進(jìn)行，層層堆積，直接成型制造出需要的零件。EBSM成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)

EBSM成型技術(shù)的工藝優(yōu)點(diǎn)：1.成型過程不消耗保護(hù)氣體。2.無需預(yù)熱。3.力學(xué)性能好。4.由于在真空環(huán)境中成型，成型件沒有其他雜質(zhì)，原汁原味地保持著原始的粉末成分，這是其他快速成型技術(shù)難以做到的。5.電子束能夠極其微細(xì)地聚焦，甚至能聚焦到0.1μm。所以加工面積可以很小，是一種精密微細(xì)的加工方法。6.成型過程一般不需要額外添加支撐。EBSM成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)

EBSM成型技術(shù)的工藝缺點(diǎn)：1.成型前需長時(shí)間抽真空，便得成型準(zhǔn)備時(shí)間很長；且抽真空消耗相當(dāng)多電能，總機(jī)功耗中，抽真空占去了大部分功耗。2.成型完畢后，由于不能打開真空室，熱量只能通過輻射散失，降溫時(shí)間相當(dāng)漫長，降低了成型效率。3.需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較高。電子束熔絲沉積成型技術(shù)

電子束熔絲成型技術(shù)是基于“離散一堆積”原理發(fā)展起來的一種高效率金屬結(jié)構(gòu)直接制造技術(shù)，其工作原理是：在真空成型環(huán)境中，利用具有高能量的電子束作為熱源，將送進(jìn)的金屬絲材熔化，按照規(guī)劃好的成型路徑，逐點(diǎn)逐層堆積，直至成型出近凈成型的金屬零件。電子束熔絲沉積成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)

電子束熔絲沉積成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1.原材料僅使用線（絲）材，價(jià)格大大低于粉材，且100%進(jìn)入熔池。2.超高速的金屬沉積速率，成型速度快。3.可打印大部分包括熔點(diǎn)很高的合金材料，完全致密，力學(xué)性能接近或等效于鍛件性能。4.可打印超大型以及巨型非標(biāo)零部件，目前最長達(dá)7.2m。電子束熔絲沉積成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)

電子束熔絲沉積成型技術(shù)的缺點(diǎn)：1.構(gòu)建完成的工件表面誤差在2?3mm，達(dá)到“近凈型”形態(tài)，需要CNC數(shù)控機(jī)床完成精加工及表面拋光。2.需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較高。電子束熔絲沉積成型技術(shù)的工藝過程

電弧法熔絲沉積成型技術(shù)

電弧熔絲沉積成型技術(shù)也是根據(jù)離散、堆積制造思想，與電子束熔絲沉積成型技術(shù)類似，只是熱源和成型條件不同。電弧熔絲沉積成型技術(shù)是以電弧作為成型熱源將金屬絲材熔化，按設(shè)定的成型路徑堆積每一層片，采用逐層堆積的方式形成所需的三維實(shí)體零件。電弧熔絲沉積成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)電弧熔絲沉積成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1.直接從CAD模型制得成型件，可以成型各種形狀的復(fù)雜件，制造成本低，加工周期短。2.電弧增材制造技術(shù)成型的零件由金屬熔滴沉積而成，化學(xué)成分均勻、致密度高，具有強(qiáng)度高、韌性好好等優(yōu)點(diǎn)。3.與其他幾種金屬3D打印技術(shù)相比具有設(shè)備成本低，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用低，設(shè)備維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)。4.在生產(chǎn)形狀復(fù)雜單件或小批量零件時(shí)，具有經(jīng)濟(jì)、快速的優(yōu)點(diǎn)，從而可以使產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場變化的需求。5.絲材利用率接近百分之百，節(jié)約了成本，尤其對于比較貴重的合金材料非常必要。電弧熔絲沉積成型技術(shù)的不足之處：1.成型工藝需要改進(jìn)。2.成型系統(tǒng)有待優(yōu)化。3.成型材料成型性能需要進(jìn)一步提高。電弧熔絲沉積成型技術(shù)的工藝特點(diǎn)電弧熔絲沉積成型技術(shù)的工藝過程

電弧熔絲沉積成型技術(shù)的工藝過程與電子?xùn)c熔絲沉積成型技術(shù)的工藝過程基本一致，具體如下：1.建立CAD三維模型。2.

使用專用切片軟件進(jìn)行切片3.近凈成型。使用電弧作為能量源