亚博99 增材制造技术在航空航天制造领域的应用与发展

日期:2021-02-24 08:18:18 浏览量: 109

近年来亚博全站 ,随着美国振兴制造业的计划和美国军方的技术发展战略,以及成功推出太空零重力5D-〜T打印机,增材制造技术(即5D印刷技术)引起了各国不同领域的极大兴趣。高度重视。英国的“经济学者”甚至将增材制造技术提高到了促进第三次工业革命的高度。经过近50年的发展,增材制造技术已从研究开发转移到工业应用,并与信息网络技术深度融合。目前,它已成功应用于航空航天,电子,模具和消费品等许多行业。其中,航空航天领域是其最大的应用领域。航空航天产品的研究和生产周期长,结构复杂复杂,品种多yabo2020 ,比重小。使用增材制造技术可以降低成本,缩短开发周期并减少材料浪费。我国正处于航空航天快速发展时期。火箭,卫星,空间站及其应用已被纳入该国的战略新兴产业,以提供关键支持。因此,增材制造技术将在中国航空制造业领域获得巨大发展。航天增材制造技术在航空航天制造领域的应用与发展_中国航空航天科学与技术研究院李海涛谢树凯张亮王久九习斌一、航天制造业增材制造技术在工业上的应用优势制造方法主要是“减法制造”,即从整块原材料中加工并去除多余的部分,然后将其余部分制成产品。

增材制造技术使用产品的3D模型数据进行逐层切割,打印和叠加以形成完整的产品。它在加工和制造过程中基本上不产生任何废物,并且在加工贵金属和稀有金属方面具有突出的优势,尤其是在航空航天制造领域。与传统制造方法相比,增材制造的优势如下表所示。增材制造技术的主要特点2.国内外发展现状近年来,世界工业强国都将培育增材制造技术作为未来工业发展的新增长点,并相继制定了具体措施来促进增材制造技术的发展。发展增材制造和国家战略,努力抓住比较项目。传统制造业。添加剂制造。制造成本变得更加充耳不闻,制造成本也更高。零件复杂,并且制造成本不会增加。不需要多重处理和协调。 3D打印机可以工作。通过装配线打印许多复杂的形状以建立基本的I型。零件越多,组装时间和成本就越多,并且集成成型不需要组装。缩短流程和产品供应。工艺组件的精度和可靠性越低,链条越短,产品一致性和可靠性的提高就可以突破设备的局限性,减少装配和测试环节,并打开巨大的设计空间。产品形状受到限制,并且加工工具,组装测试和其他链接限制了设计计划的设计空间。设计空间的制造能力更强。质量和体积/ J可以是便携式的,也可以由火箭发射。大多数设备可用于太空制造。几乎没有浪费,基本上是“网成形”。大大降低了钛合金等昂贵原材料的利用率。约有90%的黄金原料被浪费了。零部件的重量包括装配结构和螺母。重量大并且简化了部件结构。产品质量降低。交货时间长,工艺流程大大缩短。供应链,开发和交付周期短28 I中国航空航天20 I 7年11 01这是未来技术和行业的制高点。

作为美国制造业振兴计划的一部分,美国于2012年8月成立了国家增材制造创新研究所(现称为“美国制造”),并将航空航天制造领域的应用要求用作增材制造。技术的主要研究目标目前有86个成员,其中7g铂成员和27个金成员。 2014年5月,美国陆军航空与导弹研发与工程中心(AMRDEC)和NASA马歇尔太空飞行中心正式联合成立了增材制造集成产品组(IPT),以进行增材制造技术的研发,以最大程度地降低成本并优化导弹的结构性能。 2012年2月,澳大利亚政府为航空航天微发动机增材制造技术的一项革命性项目提供了支持,重点是利用增材制造技术来研究和制造航空航天微发动机的零件。 2013年1月,ESA还启动了增材制造技术研究计划。 2015年,欧盟发布了增材制造标准化路线图,指导了该技术的研究和应用。 2014年1月凤凰彩票主页 ,英国政府建立了“国家3D打印中心”,以使英国能够进入这一新兴行业的最前沿。

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德国建立了直接制造研究中心,主要研究和促进就结构轻量化而言,增材制造技术在航空航天领域的应用。此外,日本,西班牙,法国,南非等国家在国家层面提供了政策和财政支持,并建立了研发机构,以积极促进增材制造技术的发展。为了发展中国的战略性新兴产业,抓住新一轮产业转型和技术革命的重大机遇,促进增材制造产业的健康可持续发展,中国发布了《(国家增材制造产业发展促进计划,详细制定了​​增材制造产业振兴计划和政策措施,以加快我国增材制造技术的发展,尽快形成产业规模3.在航空航天领域的应用1.增材制造技术在卫星中的应用2014年12月,美国火箭01,因为该公司成功完成了MPS-120立方体卫星高推力自适应模块化推进系统(CHAMPS)热点火试验。使用增材制造的泰坦首次使用合金活塞和肼推进系统。

由于采用增材制造技术,该系统仅需一周的时间即可完成制造,而系统组装仅需两天的时间,从而大大缩短了研究周期。经过测试和验证,其推进能力比技术指标要求高出5倍以上,并且推进剂箱中的燃料可以用完。经过这项验证测试后,该系统的技术成熟度和制造成熟度达到了6级。洛克希德·马丁航空系统公司拥有至少12个增材制造的支架,这些支架可通过NASA的Juno探测器成功飞入太空。其中,有些支架需要30个小时的手工加工,而增材制造可以在一天之内生产300个相同的零件,并且结构完好。支架的开发效率大大提高。空中客车防御和航空航天公司使用增材制造技术来制造卫星钛合金支架,该支架可以承受太空中极端温度波动所引起的热应力。温度范围从180摄氏度到+150摄氏度,可将制造成本降低20%以上。卫星质量减少了近1公斤,从而大大降低了卫星发射成本。此外,每颗卫星3个支架的制造时间已从一个月缩短到了不到5天。

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2015年3月,使用铝合金制造了第一个符合航空质量要求的增材制造支架。这些新支架不能使用常规的制造方法。与传统支架相比,“ Eurostar” E3000卫星支架的质量降低了35%,部件的硬度提高了400/0。与传统制造方法相比,该制造过程节省了大量原材料。 。空中客车防务和航空航天公司正在研究使用增材制造工艺来制造波导管,热交换器,推进器组件,二级结构和储罐。中国航空航天2017.1 I 29增材制造技术已用于制造利芳星KySat-2的多个零件,该零件于2013年11月19日成功发射入轨道。通过使用选择性激光熔化(SLS)工艺,CRP America已生产5个Windform XT 2.0零件,可以嵌入KySat-2卫星的可扩展太阳能电池板中,例如摄像机环,镜头盖,天线夹,电池座等。W代表XT2。O是一种高性能材料由碳纤维组成。这种材料同时具有最大的韧性和耐用性。采用增材制造技术的电子设备也通过立方卫星进入太空。

使用单层处理技术进行增材制造,制造出大电流(> 1安培)电子设备。它还成功开发了一种新的集成工艺,该工艺可以将高效能导体直接嵌入到热塑性熔融沉积成型(FDM)基板中。麻省理工学院微系统技术实验室最近使用台式高精度Asiga Pico Plus 27打印机以氧化石墨烯1t纳米片为原料制备了高质量的MEMS气体传感器。此30 I I Zhongnan Aerospace 2017 {第一阶段的制备方法不需要传统MEMS制造工艺所需的高温和真空环境,其成本仅为传统制造工艺的1%,为气体微传感器开辟了新途径制造技术之路。佛陀大学设计了一种新型的多材料复合打印头。新的打印头可以混合并打印高密度和高粘度的墨水。它采用可主动混合并快速切换物料的喷嘴。它可以在快速打印中改变材料的成分,还可以实现成分和几何形状的同步控制。

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这项成就为可穿戴设备,软件机器人和电子组件的整体打印铺平了道路。 2.在火箭领域,美国的Rockdyne使用增材制造技术制造AR1火箭发动机的主要单喷嘴,并已完成一系列点火测试,其中一些是使用选择性激光熔化技术(SLM)制造的。经过超过2000 psi(1 psi约为6895 Pa)的压力试验后凤凰体育 ,火箭发动机的3D打印部件经受了最高压力点火测试。只有将增材制造技术应用于主喷嘴才能将交货期延长9个月,并节省70%的成本。 2014年6月,美国太空探索技术公司完成了“超级德拉科”推进器的资格测试。 “超级德拉科”发动机的燃烧室采用Inconel直接金属激光烧结(DMLS)技术制造。铬镍铁合金是一种超耐热合金,具有高强度和韧性。 2015年5月,公司成功完成了航天器的发射悬挂测试。 Orbital ATK在2016年1月宣布,它已经成功完成了对其3D打印高超音速发动机燃烧室的20天地面测试。燃烧室采用“粉床熔合”增材制造工艺。它已在NASA兰利研究中心进行了一系列高温高超音速测试,以模拟飞行条件。测试结果达到或超过所有预定的测试目标。其中一个试件创建了一个连续的Advance Record,以获取最长的风洞测试时间。

超燃冲压发动机推进系统最具挑战性的部分之一是在湍流条件下保持稳定的燃烧。该测试的成功在一定程度上证明了通过“粉末床熔化”制造的零件足够坚固。 3.太空制造美国正在加速基于太空的增材制造技术的研究。 2014年,太空制造引起了极大关注。Madein Space设计和制造的零重力增材制造设备经受住了火箭垂直发射的考验,并于2014年11月安装在国际空间站上。随后,进行了第一轮太空增材制造试验已经完成。在制造的25个零件中,有14个是用于测试耐磨项目的复制品。其中,棘轮的增材制造文件通过电子邮件发送到国际空间站,然后打印在空间站上。 2015年2月/ g,太空探索技术公司的“龙”号飞船带着ISS增材制造的组件返回地球。用于空间打印的组件与以前使用零重力增材制造设备在地面上制造的组件相同。零件比较分析。台空制造公司将对这些产品进行微观结构分析,并进行弯曲,拉伸,扭曲和压缩等破坏性试验。

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台湾制造公司将在下一阶段开发一种附加的零重力材料回收装置,以将废料用作零重力3D打印机的原材料。太空制造公司目前正在开发“多功能太空机器人精密制造和组装系统”(“建筑师”),该系统用于实现航天器或其他大型复杂结构的在轨制造和组装。该项目打算开发装备有多个机械臂的增材制造设备,并将其安装在国际空间站的外层隔间。将来,“ 9硬币构造”机械臂将用于在轨道上拆卸废弃航天器的可用部件。或在轨道上打印零件并组装新的航天器。 4.国内航空航天应用。我国的增材制造技术自1990年代初期的20世纪01 2017开始发展,并获得了一批基础研究成果和技术。其中,在高性能金属零件的激光直接成型技术领域取得了重大突破。这是大型和复杂关键部件(例如钛合金和超高强度钢)的激光成型工艺在全球范围内的首次全面突破。北京航空航天大学王华明教授凭借“飞机钛合金大型复杂零件的激光成形技术”获得了2012年“国家技术发明一等奖”。

增材制造技术在国航航空领域起步较晚,但在过去两年中逐渐受到关注,并取得了飞速发展。第一航空航天科学技术研究院某单位引进了第一台高精度激光选区熔融成型设备,研制出某种型号的发动机筛涡旋装置,顺利通过了流动试验,产品质量符合要求。使用。 2014年,第六航空航天科技集团公司某工厂采用激光选择性熔融成型技术印刷的航空航天产品首次参加了整机的热试验。测试引擎在点火后成功点火两次。测试发动机上的起动机和发电机出口管采用了金属增材制造技术。 2015年,第八航空航天科学技术研究院某研究所在中国进行了首次增材制造的固态姿态和航迹控制发动机气阀地面点火试验。增材制造的气阀经过热试验后结构完整增材制造应用领域,完全满足固态姿态轨道控制发动机的性能指标。该产品符合工程应用的要求,评估测试已成功完成。增材制造技术有效地解决了传统工艺方法所带来的难题,例如多工艺,长周期和可变性。

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第四航空航天科技集团某厂使用增材制造技术生产的某类型钛合金尾管壳体已通过相关检测。试验表明,在室温和高温下,增材制造的tern管壳体的材料已达到钛合金锻件的水平,the管壳体的承压性能满足设计和使用要求。航空航天中国2017年。I 3l 四、在航空航天领域的发展趋势1.增材制造技术将以“井喷式”的方式发展。目前,增材制造技术尚未成熟。它在航空航天领域的全面应用在印刷材料,模拟设计,技术和质量控制方面仍然面临困难。随着各国在研究上投入大量的人力和物力,增材制造技术将在未来10年实现“井喷式”发展。 2.空间发射成本将大大降低。随着增材制造技术的发展,该技术将广泛应用于航空航天的各个领域,这将大大降低零部件的加工和制造成本,降低航空航天产品的质量,并缩短工艺流程和产品供应链。提高产品一致性和可靠性,缩短开发周期,从而显着降低发射成本,并使个人“太空旅行”更便宜。

3。 “空间站”将变成“机械工厂”。随着零重力增材制造设备的逐步完善,未来空间站将从“实验室”转变为“机械工厂”。通过回收利用太阳能或核能驱动的地表废物和原料,可以对空间站进行自我修复和建造,从而大大降低了空间站的建设成本和建设周期。 4.可以建立一个外星人的基地,使机器人可以将增材制造设备运送到其他行星,采用本地材料,并使用增材制造技术将地球上的原始土壤和矿物加工成打印机零件和建筑材料,以完成增材制造。设备的自我复制和基地的建设使内部和外部的基地得以迁移。 5.一些建议。我国的增材制造技术仍处于起步阶段,特别是在航空航天制造领域。研究和应用较少,与美国和欧洲等发达国家相比,差距还很大。增材制造技术将对航空航天制造领域产生深远影响。我们应该抓住时机,借助增材制造技术,实现我国航天技术的跨越式发展,尽快形成产业规模。这对于促进我国制造业的转型升级具有重要意义。 (1)航空航天行业应更加重视增材制造技术和总体规划。

应加强顶层设计,制定航空航天技术发展战略,集中各科研院所和科研院所的有关力量,突破应用中的关键技术问题。技术。 (2)增材制造技术的研究和应用是通过“生产,学习和研究”相结合进行的。在重视应用过程技术的研究的同时,它与国内外主要设备制造商合作开发中国航空航天专用增材制造设备(3)抓住中国航空航天“数字化”,“智能化”,“创新转型”和“十三五”规划的发展机遇,补充关键装备和基本条件)构建“灵活的”增材制造技术供应链和生产线(4)引进与自主创新相结合。作为一种新的先进制造技术增材制造应用领域,增材制造技术在国内外尚未成熟,因此我们应该坚持自主创新基于国内外技术经验yabo2020 ,拥有多项专利技术和设备取得了自主知识产权。 (5)扩展相关技术的应用领域并走产业化路线。增材制造技术具有高度的“灵活性”,可以促进航空航天企业的发展。单位的产业化过程。继承圈