广义增材制造-新科技发展大趋势

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1、广义增材制造:新科技发展大趋势　　2012年12月13至16日，增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议在武汉华工科技园举行。本次会议由中国工程院、工业和信息化部、中国机械工程学会和美、英机械工程师学会共同主办，是增材制造领域中最高规格的国际会议。中国工程院卢秉恒、关桥、李培根等八位院士及来自海内外200多位相关领域的专家齐聚一堂，共同探讨增材制造技术的最新发展趋势。会议学术委员会主任关桥院士应邀在会上做了“基于送丝、送粉和块体组焊的广义增材制造技术”的报告，引起了广泛关注，也使“广义增材制造”成为业内专家热

2、议的话题。近日，本刊特约记者围绕广义增材制造这一主题走访了关桥院士。记者：2012年12月增材制造国际论坛中，您首次在学术会议上提出“广义增材制造”的概念。请您谈谈广义增材与狭义增材制造的内涵。关桥：“增材”的概念与“减材”相对。如果用人类构建居所作比喻，砌砖盖房就是“增材制造”，而掘凿窑洞就是“减材制造”。在现代机械工程与材料加工成形中，我们已经习以为常的用电焊条手工堆焊成形就是最原始的金属增材制造方法，而金属铣切加工则是减材制造的典型例子。8我把图1上的内圆示意为狭义增材制造，主要是以高能束流（电子束、激光束）作为特

3、种能源的增材制造技术；而广义增材制造除利用电子束、激光束外，还有更广泛的能源，如：其他电能、化学能、电化学能、光能、机械能等，如图1外圈椭圆所示。广义增材制造包含了狭义增材制造，适用的材料范围也很广泛，包括金属、非金属、生物组织等；相关新方法和前沿技术的发展呈现突飞猛进、日新月异的态势。在过去20年间，增材制造技术得以迅猛发展的技术基础是高能束流（电子束、激光束）作为特种热源的技术进步和把增材制造应用于金属材料直接成形构件的突破。记者：如何理解增材制造与金属材料直接成形构件的关系？关桥：如果要给“增材制造”一个定义，我认

4、为，增材制造就是采用高能束流（电子束、激光束）或其他能源，借助CAD/CAM技术将材料（丝、粉、块体）熔敷沉积或组合焊接，逐步累积形成实体构件的制造方法。具体而言，高能束流极具柔性，具有热输入能量可精确控制，可聚焦、长焦距、可扫描、易偏转的特性；因此，高能束流的柔性与CAD/CAM技术相结合，在真空室内或惰性气体保护的环境中，向聚焦加热区填送金属丝材或铺送金属粉料，使材料逐层熔化、凝固堆积，这就构成无模具的快速近净成形，亦可称为“金属直接成形增材制造技术”。8广义增材制造可以从三个技术层面进行分类，见图2所示：第一个层面

5、是以材料类别划分为：金属构件、非金属制品、生物模型的直接成形制造；第二个层面是以增材制造方法划分为：熔敷沉积、气相沉积、块体组焊、液相沉积、光固化等；第三个层面是以可采用的能源划分为：电能（高能束等）、机械能、化学能、光能等。记者：我国正处在由制造大国向创造强国跨越的战略机遇期。请您谈谈伴随增材制造技术异军突起，将会对我国，特别是航空工业产生什么样的重要意义。关桥：相比较传统的金属铣削/切除减材制造的劣势：需用模具制坯，留有较大加工余量，去除余量铣切工作量大，材料有效利用率低，制造周期长，成本高等；增材制造具有诸多难以匹

6、敌的优势：用于金属材料，可以直接生产出近净成形的零件，是一种柔性制造技术；与锻铸相比，无需模具；减少铣切加工，节省原材料；降低成本，缩短制造周期，是快速反应的敏捷制造；同时，通过调控丝材、粉材的成份和成形热过程工艺参数及后处理，可以获得性能优良，组织致密的实体构件。增材制造融合了计算机辅助设计/制造技术（CAD/CAM）和高能束流材料加工与成形（PowerBeamProcesses8）等技术，为创新驱动制造，彰显出新的科技发展大趋势。增材制造雨后春笋般的创新发展，正在强劲地驱动着新兴产业技术群的快速崛起，也会引领设计/制

7、造/材料三位一体发展模式的转型，从传统的大批量生产模式向定制式制造模式转变，带动提升自主创新能力，整合制造、设计、材料等资源，促进产业结构调整升级。航空工业对增材制造技术，特别是采用电子束、激光束、摩擦热等能源增材制造技术的发展有很强的市场牵引力；尤其是把增材制造应用于新型飞行器结构设计改进，制造的快速反应方面，具有重要战略意义。记者：据悉，近年来，中航工业制造所拥有的高能束流加工技术科技重点实验室在增材制造技术开发与应用研究方面开展了卓有成效的工作，请您谈谈现已取得了哪些研究成果。关桥：广义增材制造技术的开发在制造所可

8、以追溯到上世纪50年代末期，采用电化学液相沉积方法制造成功不同规格的黄铜波纹管，并批量生产。60年代激光束开始用于航空材料和零件的加工，而电子束主要用于飞机和喷气发动机重要结构的焊接制造。这为90年代初建立高能束流加工技术重点实验室奠定了基础。8在随后的建设中，重点实验室开展了激光、电子束、等离子体和离子束多学科交叉