2025年三維增材制造試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種增材制造技術(shù)采用紫外激光固化液態(tài)樹脂？A.選擇性激光燒結(jié)（SLS）B.光固化立體成型（SLA）C.電子束熔化（EBM）D.熔融沉積成型（FDM）2.金屬增材制造中，粉末床熔融技術(shù)（PBF）的典型層厚范圍是？A.1-5μmB.20-100μmC.200-500μmD.1-2mm3.陶瓷增材制造后處理中，“脫脂”工藝的主要目的是？A.去除未燒結(jié)的陶瓷粉末B.分解粘結(jié)劑并排出有機(jī)物C.提高表面粗糙度D.增強(qiáng)材料導(dǎo)電性4.多材料增材制造中，“梯度材料”的核心優(yōu)勢(shì)是？A.降低制造成本B.實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域性能連續(xù)過渡C.簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)D.縮短打印時(shí)間5.高速燒結(jié)技術(shù)（HSS）主要用于哪種材料的增材制造？A.鈦合金B(yǎng).聚酰胺（PA）C.氧化鋯陶瓷D.鋁合金6.增材制造過程中，“球化效應(yīng)”最易出現(xiàn)在哪種工藝？A.材料擠出（FDM）B.光固化（SLA）C.激光熔覆（LMD）D.粉末床熔融（SLM）7.醫(yī)療領(lǐng)域中，定制化骨科植入物的增材制造通常優(yōu)先選擇？A.聚乳酸（PLA）B.鈷鉻鉬合金C.聚乙烯（PE）D.環(huán)氧樹脂8.以下哪項(xiàng)不是增材制造的設(shè)計(jì)原則？A.減少裝配環(huán)節(jié)，集成復(fù)雜結(jié)構(gòu)B.避免懸垂結(jié)構(gòu)，降低支撐需求C.優(yōu)先采用等壁厚設(shè)計(jì)D.完全保留傳統(tǒng)制造的拔模斜度9.AI在增材制造工藝優(yōu)化中的典型應(yīng)用是？A.自動(dòng)生成STL文件B.預(yù)測(cè)打印過程中的熱變形C.替代激光光源D.提高粉末材料的純度10.2024年最新研發(fā)的“容積式光固化”技術(shù)（VAT）的核心突破是？A.實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)層厚打印B.無需逐層固化，整體成型C.支持金屬材料直接成型D.降低設(shè)備能耗50%以上二、填空題（每空1分，共15分）1.增材制造技術(shù)的ISO/ASTM52900分類中，將工藝分為7大類，其中“材料擠出”的典型技術(shù)是______（英文縮寫），“粉末床熔融”中金屬常用______（技術(shù)名稱），陶瓷常用______（技術(shù)名稱）。2.金屬增材制造中，氧含量超過______（數(shù)值+單位）會(huì)顯著降低鈦合金的塑性；為避免氧化，SLM設(shè)備通常需將艙內(nèi)氧含量控制在______以下。3.聚合物增材制造中，聚醚醚酮（PEEK）因______（特性）和______（特性），成為航空航天領(lǐng)域的優(yōu)選材料，但其打印難點(diǎn)在于______（關(guān)鍵問題）。4.陶瓷增材制造的“間接成型”工藝需先打印______（組成），再通過______（工藝）和______（工藝）獲得致密陶瓷件。5.2025年新興的“原位合金化”增材制造技術(shù)，通過______（技術(shù)手段）實(shí)現(xiàn)多組元金屬材料的動(dòng)態(tài)混合，突破了傳統(tǒng)______（限制）。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述光固化增材制造（SLA）中“離型力”的產(chǎn)生機(jī)制及其對(duì)成型質(zhì)量的影響，并列舉2種降低離型力的技術(shù)方案。2.對(duì)比分析選擇性激光熔化（SLM）與電子束熔化（EBM）在金屬增材制造中的技術(shù)差異（需從熱源特性、成型環(huán)境、適用材料、零件性能4個(gè)維度說明）。3.聚合物增材制造（如FDM）中，翹曲變形是常見缺陷，分析其主要成因，并提出3項(xiàng)針對(duì)性控制措施。4.解釋“拓?fù)鋬?yōu)化”與“增材制造”的協(xié)同關(guān)系，舉例說明拓?fù)鋬?yōu)化在增材制造設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用（需結(jié)合一個(gè)工程場(chǎng)景）。5.2025年某企業(yè)擬采用增材制造生產(chǎn)航天發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，需重點(diǎn)關(guān)注哪些材料性能指標(biāo)？并說明原因（需列出至少4項(xiàng)指標(biāo)）。四、綜合分析題（共25分）某新能源汽車企業(yè)計(jì)劃開發(fā)一款集成冷卻通道的電機(jī)殼體，要求質(zhì)量減輕30%、散熱效率提升20%，傳統(tǒng)鑄造工藝因冷卻通道復(fù)雜（最小直徑1.5mm，彎曲角度90°）無法實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)考慮采用增材制造技術(shù)。（1）分析該零件適合的增材制造工藝（需說明材料選擇、工藝原理及適用性）；（10分）（2）預(yù)測(cè)打印過程中可能出現(xiàn)的關(guān)鍵缺陷（至少3種），并提出對(duì)應(yīng)的工藝優(yōu)化措施；（8分）（3）從設(shè)計(jì)-制造-應(yīng)用全流程，說明需重點(diǎn)驗(yàn)證的性能指標(biāo)（至少4項(xiàng)），并解釋其工程意義。（7分）2025年三維增材制造試題答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.B4.B5.B6.D7.B8.D9.B10.B二、填空題1.FDM；選擇性激光熔化（SLM）；粘結(jié)劑噴射（BJ）2.0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；0.1%（或1000ppm）3.耐高溫；高強(qiáng)度；高結(jié)晶溫度導(dǎo)致的翹曲/層間結(jié)合弱4.陶瓷-粘結(jié)劑復(fù)合體；脫脂；燒結(jié)5.多粉倉同步送粉/實(shí)時(shí)配比；預(yù)合金粉末成分固定的限制三、簡(jiǎn)答題1.離型力產(chǎn)生機(jī)制：光固化過程中，固化層與樹脂槽底面（或剝離膜）因分子間作用力（如范德華力）粘連，剝離時(shí)產(chǎn)生反向拉力。影響：離型力過大會(huì)導(dǎo)致層間剝離失?。ㄈ绻袒瘜铀毫眩⒊叽缇认陆祷蛟O(shè)備機(jī)械負(fù)載增加。降低方案：①采用動(dòng)態(tài)離型膜（如PDMS涂層），減少界面粘附；②優(yōu)化剝離路徑（如傾斜剝離、旋轉(zhuǎn)剝離），分散受力；③降低層厚（減少固化面積）或使用低粘度樹脂。2.技術(shù)差異對(duì)比：-熱源特性：SLM使用激光（波長(zhǎng)1064nm，聚焦光斑小至50μm）；EBM使用電子束（能量密度更高，需電磁聚焦）。-成型環(huán)境：SLM在惰性氣體（Ar/N?）中，氧含量＜0.1%；EBM需高真空（10?3Pa），避免電子束散射。-適用材料：SLM適合高反射率材料（如鋁、銅）；EBM適合難熔金屬（如鈦合金、鎢）。-零件性能：SLM零件表面更光滑（層厚20-50μm），但殘余應(yīng)力較高；EBM因高溫環(huán)境（＞1000℃），殘余應(yīng)力低，適合大尺寸零件。3.翹曲變形成因：①聚合物冷卻時(shí)體積收縮（如ABS收縮率＞0.8%），層間收縮不均；②打印平臺(tái)與首層粘結(jié)力不足；③打印過程中溫度梯度大（表層冷卻快，內(nèi)部冷卻慢）?？刂拼胧孩偈褂眉訜崞脚_(tái)（如ABS需80-100℃），提高首層附著力；②優(yōu)化打印路徑（如環(huán)形填充減少邊緣應(yīng)力）；③采用低收縮率材料（如PETG）或添加增韌劑；④增加支撐結(jié)構(gòu)或使用“裙邊”“邊框”輔助固定。4.協(xié)同關(guān)系：拓?fù)鋬?yōu)化通過數(shù)學(xué)算法在給定約束下最大化性能（如剛度/輕量化），生成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如多孔、變截面）僅能通過增材制造實(shí)現(xiàn)；增材制造的“無模成型”特性為拓?fù)鋬?yōu)化提供了設(shè)計(jì)自由度。應(yīng)用示例：航空發(fā)動(dòng)機(jī)支架拓?fù)鋬?yōu)化后，去除非承載區(qū)域材料，設(shè)計(jì)出點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)機(jī)加工無法制造，通過SLM打印實(shí)現(xiàn)減重40%同時(shí)保持強(qiáng)度。5.關(guān)鍵材料性能指標(biāo)：①高溫強(qiáng)度（渦輪葉片工作溫度＞1000℃，需抵抗蠕變）；②熱疲勞性能（循環(huán)冷熱沖擊下抗裂紋擴(kuò)展）；③抗氧化性（高溫下與氧氣反應(yīng)導(dǎo)致材料退化）；④致密度（增材制造內(nèi)部缺陷會(huì)降低疲勞壽命，需＞99.9%）；⑤熱導(dǎo)率（影響散熱效率，需≥15W/(m·K)）。四、綜合分析題（1）適用工藝：優(yōu)選選區(qū)激光熔化（SLM），材料選擇鋁合金（如AlSi10Mg）。原因：①鋁合金密度低（2.7g/cm3），利于減重；②AlSi10Mg流動(dòng)性好（松裝密度＞55%），適合SLM粉末床工藝；③SLM可成型最小1.5mm冷卻通道（激光光斑50-100μm），且能實(shí)現(xiàn)90°彎曲結(jié)構(gòu)無支撐（需優(yōu)化角度）；④鋁合金熱導(dǎo)率高（180W/(m·K)），滿足散熱需求。（2）關(guān)鍵缺陷及優(yōu)化：①冷卻通道堵塞：因未熔粉末殘留。措施：打印后采用高壓氣體（氮?dú)猓┓创?，或設(shè)計(jì)通道出口傾斜（≥30°）便于粉末排出。②薄壁變形（殼體壁厚＜2mm）：因SLM殘余應(yīng)力。措施：優(yōu)化掃描策略（如“棋盤式”分區(qū)掃描），降低熱累積；打印后進(jìn)行熱等靜壓（HIP）消除內(nèi)部應(yīng)力。③表面粗糙度高（Ra＞10μm影響散熱）：因熔池凝固時(shí)球化效應(yīng)。措施：提高激光功率（200-300W）或降低掃描速度（600-800mm/s），細(xì)化熔池；后期采用化學(xué)拋光（氫氟酸+硝酸溶液）。（3）全流程驗(yàn)證指標(biāo)：①質(zhì)量：通過三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x（CMM）檢測(cè)實(shí)際減重是否≥30%（對(duì)比傳統(tǒng)鑄件），驗(yàn)證輕量化設(shè)計(jì)效果。②冷卻效率：通過熱成像儀測(cè)試電機(jī)運(yùn)行時(shí)殼體表面溫