最新多层喷射沉积技术
喷射成型
喷射成形（Spray Forming）技术，也有人称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是廿世纪80年代以来，工业发达国家在传统快速凝固／粉末冶金（RS/PM）工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。
喷射成形技术的基本原理是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。
这样，通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征，整体致密的圆棒、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯。
采用喷射成形工艺制备的材料与用传统铸造或变形工艺制备的材料相比，由于在制备过程中的快速冷却使显微组织明显细化、析出相细小且均匀分布，从而使材料的化学成分和组织在宏观和微观上得到有效地控制，因此材料的力学性能几乎没有各向异性，使材料的总体性能得到了明显的提高。
这种新工艺与传统的粉末冶金工艺相比，由于从冶炼到坯件成形可在一个工序完成，省去了粉末冶金制粉、混料、压坯和烧结等多道工序，且可有效地控制材料中的氧含量与纯净度，这可使材料坯件的制造成本大幅度地降低。
当今，各工业发达国家利用喷射成形技术在高速钢、高温合金、铝合金、铜合金等先进材料的开发和生产方面已经取得了很大进展，其中高性能铝合金是喷射成形技术领域中最具吸引力的开发方向。
喷射成形技术的开发和应用喷射成形技术作为一种高新技术，其产品可广泛用于航天、航空、国防、汽车、化工、海洋和石油等工业领域。
国外喷射成形技术的应用开发主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用较少。
目前，已经能生产直径450mm和长度2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000，其收得率为80%~90%。
而成形的合金材料主要有：铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、各种铜合金、不锈钢和特种合金等。
颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题20091311
颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题冶金0901班张莹20091311近年来，随着不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展。
提出的低密度、高比强度、高比模量、低膨胀、高导热、高可靠等优异以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等综合性能要求，传统轻质材料已很难全面满足要求，如铝合金模量低、线胀系数较大; 钛合金密度较大、热导率极低; 纤维增强树脂基复合材料在空间环境下使用易老化等，颗粒增强铝基复合材料经过30 多年的发展，已在国外航空航天领域得到了规模应用，这充分验证了与铝合金、钛合金、纤维树脂基复合材料等传统材料相比具有的显著性能优势，奠定了颗粒增强铝基复合材料在材料体系中的地位和竞争态势。
而且更重要的是，在世界范围内有丰富的铝资源，加之易于进行工艺加工成型和处理，因而制各和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济，易于推广，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域，因此，这种材料在国内外受到普遍重视。
颗粒增强铝基复合材料已成为当下世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点，各国已经相继进入了颗粒增强铝基复台材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复台材料的工业应用已开始，并且被列为二十一世纪新材料应用开发的重要方向并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。
本文旨在探讨颗粒增强铝基复合材料的制备方法及在亟待解决的各方面的问题，推进其应用发展的进程。
主要制备方法介绍：增强体颗粒的分布均匀性和界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素。
因此，如何使增强体颗粒均匀分布于铝基体井与铝基体形成良好的界面结台是颗粒增强铝基复台材料制备过程中必须解决的两个最关键问题。
以下是制备颗粒增强铝基复合材料的一些方法：1、原位法原位法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备陶瓷增强金属基复合材料，是近年来迅速发展的一种新的复合工艺方法，目前已成功地在铝基中实现了硼化物、碳化物、氮化物等的原位反应。
物理气相沉积技术的研究进展与应用
成 分宏 观偏 析 以及 组织 粗 大等诸 多弊端 ，可实现 大尺 寸快速 凝 固材料 的一 次成 型 ， 目前 多应 用 于颗粒 增强
为提 高硬 度 ，后 来 逐渐 转 向立 方 氮 化硼 （Ｂ ） 金 刚 ＣＮ 和
第 ４期 （ 第 １７期 ） 总 ６
２１ ０ １年 ８月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ Ｅ ＣＨ Ａ Ｎ Ｉ ＣＡ Ｌ ＥＮ Ｇ Ｉ ＥＥＲ Ｉ Ｎ ＮＧ ＆ ＡＵ Ｔ０ Ｍ Ａ ＴＩ Ｎ Ｏ
Ｎｏ． ４ Ａｕｇ．
文 章 编 号 ：６ ２ ６ １ ２ １ １７ — ４ ３（ ０ １）０ — ２４ ０ ４０ １— ３
冷 却速 度 不受影 响 ； 工艺 操作 简单 ， 于制备 尺 寸精度 易
较 高 、 面 均匀 平整 的工 件 ； 滴沉 积率 高 ； 表 液 材料 显 微
组织均 匀 细小 ， 明显界面 反应 ， 料性 能较 好 。但 是 无 材 该技术 还 处于研 究 、 开发和 完 善阶段 ， 因此对其 沉积 到 工件表 面 的轨迹 的规律性 研究 还缺 少理论依 据 。 ２ 物理 气相沉 积技 术的 新进展及 其特 点 物 理气 相沉 积技术 作 为高新 技术 在先 进制造 技 术
Ｉ Ｃ ） Ｔ Ｎ已经应 用于 生产 。 ａ ｒ （ ，Ｎ ， Ｉ ４ ／
３２ 在 建筑装饰 中的应 用 ．
因物 理气 相沉 积技 术具有 沉积 过程 易于操 作 ，膜 层 的成分 易 于控 制 ， 存在 废 水 、 气 、 渣 的污 染 等 不 废 废
由原来较 单 一 的 Ｈ Ｓ Ｓ 、硬 质合 金 等材 料 不 断 向中低 合
EUV基础知识
EUV介质对EUV的吸收致使EUV系统是反射系统，掩膜和投影物镜均为反射式。
EUV技术延迟的缘故有：一、DUV技术的存在；二、EUV存在的技术挑战和一些风险；3、90年代金融危机的阻碍；4、各个公司对NGL没有达到一致。
EUV系统的结构：一、等离子体或稀有气体的EUV光源；二、镀有多层膜的集光器和反射镜；3、装载反射掩膜的掩膜台；4、反射式投影物镜；五、装有硅片的扫描工件台。
EUV的光束将引发掩膜和光学表面的局部受热，这要求在关键表面要有热操纵。
另外，磁悬浮平台的速度和位置都需要操纵在纳米精度。
EUV光学系统高精度反射式投影物镜系统。
为了保证好的像质，必需利用精度小于/14由于通过反射时的能量损失，必需限制实际的物镜的反射镜的数量，为了减小误差，必需利用非球面反射镜。
系统的成像质量通经常使用zernike系数表示，通过拟合透过光学系统的波前和理想球面波前进行比较拟合出zernike系数。
Zernike系数中的5到36项被称作figure and quantify 像差。
而37级及其以上的项被称作mid spatial frequency roughness（MSFR），他描述了图像空间周期在1um到1mm时的滑腻特性。
MSFR 引发了小角度的散射，这些散射光仍维持在像场内。
MSFR使背景照明超过了期望取得的理想图案的亮度，（即杂散光）。
杂散光和杂散光的不均匀特性，都降低了像质。
杂散光的绝对值减小了图像的对照度，限制了操作条件和处置窗口。
杂散光的不均匀性引发了图案关键尺寸的不均匀性。
大角度的散射会使杂散光射在像场外，这种因为大角度而引发光的损失称作HSFR。
HSFR与空间周期小于1um的表面粗糙度有关。
HSFR的要紧阻碍是降低了产率。
四镜结构的投影物镜的WFE不能大于RMS，六镜结构的数值孔径的投影物镜结构的WFE要小于RMS。
因为同时取得低的MSFR和HSFR比较困难，因此一种多层膜滑腻技术被法阵起来以用于在将MSFR减小到一个能够同意的范围以后减小HSFR。
多层喷射沉积技术
与当前国内外同类技术主要参数比较
环
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺
实 例
高硅铝合金复合材料 直径1200mm、壁厚200mm、高200m. 铝合金环件 直径3500mm、壁厚200mm、高250mm
未见生产环 坯 件报道
最大直径 3500mm
与当前国内外同类技术主要参数比较
板 坯
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺 未见生产 耐热铝合 金板坯报道 最大面积 4800cm2
壁厚最大 坯 50～80mm
壁厚最大 250mm
与当前国内外同类技术主要参数比较
锭
传统 坩埚移动式 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺
实 例
耐热铝合金锭坯 直径∅500mm、高650mm。 7075和7075/SiCp铝基复合材料 直径∅750mm、高800mm。
最大直径 坯 ＜400mm
最大直径 800mm
实 例
耐热铝合金板材 长500mm、宽600mm、厚60mm.
与当前国内外同类技术主要参数比较
采用本技术研制出的铝基复合材料性能
6066Al/SiCp沉积坯挤压管材的室温力学性能： σb=465 MPa, σ0.2=422 MPa, δ=8.0%, E=82GPa。 7075Al/SiCp沉积坯挤压厚板(330×130×5000mm)的 室温力学性能： σb=703MPa, σ0.2=675MPa, δ=4.0%, E=101GPa 7075Al/SiCp板坯轧制薄板(1.2mm)的室温力学性能： σb=685MPa, σ0.2=650MPa, δ=4.0%, E=95GPa
7.高强铝合金炮管
8.铝基复合材料汽车制动盘
9.铝基复合材料大型吊装车制动盘
第10章 喷射沉积技术
AR，英国的Swansea和Birmingham大学，德
国的不莱梅学院，韩国的RISI，我国台湾的成
功大学等。
二、喷射沉积技术的基本原理
过热的合金液体在高 压惰性气体或机械力离 心雾化，形成微细的液 滴。液滴在飞行过程中 冷却、凝固，形成固液 两相颗粒喷射流，并直 接喷射到较冷的基底上， 产生撞击、粘结、凝固， 从而形成沉积物。
(3)液滴和外加反应剂粒子的固液反应
MO+X→XO+M 液滴与外加反应剂之间的液固反应体系的选择 可利用氧化物的Δ G°-T图，用氧化物比较稳定的金 属去还原与之比较相对不稳定的氧化物。如用CuO、 Fe2O3、SiO2等作为反应剂与Al反应生成Al2O3，并 与基体金属Al在Osprey工艺中发生共沉积。 在沉积过程中，由于金属液体被过热，金属液 体被高压气体充分雾化成细小液粒后，与反应剂发 生化学反应。
生产宽带材存在困难。可以采用多喷嘴解决，
但存在边界结合问题。
4.喷射锻造
喷射锻造也是 Osprey金属有限公司 早期发展起来的一种 喷射沉积工艺 。雾 化金属液滴喷射流直 接喷射进入模子中， 形成锻造毛坯。 模子通常是铜制 水冷的，也可用高温 陶瓷。
优点：
预成形坯内无连通孔隙，可在空气中锻造。
(3)目前国际上的技术水平
英国Osprey公司已经能够生产直径100～ 250mm的盘坯和150mm×1000mm的棒坯等。 德国的Mannesman Demag公司能够生产尺寸 约1000mm×2000mm×10mm的钢板。
德国的PEAK公司则能够生产直径为150～ 400mm，长度为700～1200mm，质量为35～ 400kg的Al-Si合金坯。
5喷射沉积技术简介
喷射室
坯
托架
移动杆
模冲
喷射锻造的专利装置
喷射涂层
喷射涂层示意图
同时喷射喷丸
同时喷射喷丸是 Singer教授1985年提出 的英国专利，它不同于 上述喷射成形工艺，该 工艺金属沉积与致密化 是同时进行的，并且在 喷雾室一次联合操作即 可容易地实现沉积与致 密化密切结合。它可生 产达到理论密度的沉积 物，防止内部氧化的可 能性，从而体现快速凝 固的优点。
(2) 产品性能优异
由于在喷射沉积过程中，金属液流通过水冷基体传导传 热和高速气流的对流、辐射传热，因而与铸造工艺相比具有 较高的冷却速度(10-102K/s)，并且能够获得晶粒细小，无宏 观偏析的微晶组织。 (3) 制备复合材料的新方法 喷射沉积是一种制备金属基复合材料的崭新方法，它可 将广范围的颗粒引进到任何基体金属中，并且分布均匀、结 合良好。另外采用此法能够很好地制备层状复合材料，各种 金属交替沉积，形成的层状结构在冷热轧时不必担心脱层， 并且可以在致密金属基体上沉积其他金属和合金。喷射沉积 目前广泛应用于制备金属基颗粒增强材料、摩擦材料、双金 属等层状材料中。
雾化沉积过程的热传导主要是依靠雾化液滴和惰性气体的对流和辐 射进行热交换以及沉积坯通过基底传导和表面气体的对流、辐射进行热 交换来实现的。 根据所选择的工艺参数的不同，经雾化喷射后的颗粒与基底碰撞时， 可以有以下几种状态： (1) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前已凝固，在这种情况下，只能获 得疏松的粉末堆聚体。 (2) 绝大部分颗粒在与基底碰撞前仍保持液相，在这种情况下，金 属在沉积后的凝固行为类似铸造。 (3) 金属颗粒在与基底碰撞时，部分颗粒呈现液态(约占30-50%)， 部分颗粒呈现固态和半固态，碰撞后有可能在基底上形成液体薄层，再 与下层颗粒流结合成致密的沉积层。 (4) 金属颗粒在与基底碰撞时，大部分颗粒呈现液态(约占50-70%)， 由于基底冷却速度快，过冷熔体在基体上迅速冷却而获得具有快速凝固 组织特征的沉积层。这种沉积方式的基体在下一层颗粒碰撞前一般不形 成液体薄层，消除孔隙和溅射边界主要是靠上层较多量的液相。
试析国内熔融沉积快速成型技术的发展滞因及未来发展趋势
试析国内熔融沉积快速成型技术的发展滞因及未来发展趋势1. 引言1.1 背景介绍熔融沉积快速成型技术是一种先进的制造技术，可以通过将金属粉末或塑料颗粒熔化并按照预定路径逐层堆积，最终制造出复杂形状的零部件或构件。
随着现代制造业的发展和需求的增加，熔融沉积快速成型技术在航空航天、汽车、医疗等领域中得到广泛应用。
国内熔融沉积快速成型技术的发展日渐成熟，涌现出了一批具有国际竞争力的企业和研究机构。
与国外相比，国内熔融沉积快速成型技术仍存在一定的滞后现象，制约着该技术的进一步发展。
本文将首先对熔融沉积快速成型技术进行概述，然后分析国内熔融沉积快速成型技术的发展现状，接着探讨导致技术发展滞后的原因，最后展望未来熔融沉积快速成型技术的发展趋势。
通过本文的探讨，可以更好地了解国内熔融沉积快速成型技术的发展现状和未来发展趋势，为该领域的研究和实践提供参考和借鉴。
1.2 研究目的本文的研究目的主要在于探讨国内熔融沉积快速成型技术的发展滞因及未来发展趋势。
通过对熔融沉积快速成型技术的概述和国内发展现状进行深入分析，我们希望能够找出导致技术发展滞后的原因，为未来的技术发展提供参考和借鉴。
我们也将展望未来国内熔融沉积快速成型技术的发展趋势，为相关领域的研究和应用提供指导和建议。
通过本文的研究，我们期望能够为国内熔融沉积快速成型技术的进一步发展提供有益的启示和倡导。
2. 正文2.1 熔融沉积快速成型技术概述熔融沉积快速成型技术是一种先进的制造技术，它通过将金属、塑料等材料加热至熔化状态，然后通过喷射或喷涂的方式将熔化的材料沉积在特定的位置上，最终形成零件或构件。
这项技术具有快速成型速度、成型精度高、生产效率高等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
熔融沉积快速成型技术的工艺流程包括材料加热、喷射沉积、成型控制等步骤。
将所需材料加热至熔点以上，形成熔池。
然后，通过喷嘴或喷头将熔化的材料喷射或喷涂到工件表面，控制喷射轨迹和速度实现成型。
喷射沉积技术简介课件
汽车
能源
喷射沉积技术可用于制备汽车领域中的高性能构件，如发动机零件、刹车系统零件等。
喷射沉积技术可用于制备能源领域中的高性能构件，如风力发电机叶片、核反应堆构件等。
03
02
01
喷射沉积技术的初步探索始于20世纪50年代，当时人们开始研究如何通过喷射方式制备金属材料。
初步探索
从20世纪80年代开始，喷射沉积技术得到了快速发展，其在航空航天、汽车、能源等领域的应用逐渐增多。
喷涂速度一般根据沉积设备的速度和熔融金属的性质来确定，以确保喷涂效果和质量。
喷涂速度的控制
喷涂距离的控制
03
CHAPTER
喷射沉积技术的优势与挑战
喷射沉积技术可以实现快速、高效的制造，尤其适用于生产大型或复杂的部件。
高效性
喷射沉积技术可以精确控制材料的使用，减少浪费，降低成本。
节约材料
喷射沉积技术可以用于生产各种材料，包括金属、非金属和复合材料等。
智能制造
喷射沉积技术将更加注重环保和可持续性，采用绿色材料和工艺，减少对环境的影响。
环保可持续
04
CHAPTER
喷射沉积技术的应用案例
汽车零部件的快速原型制造
汽车轻量化的实现
提高生产效率，降低制造成本
航空航天器零部件的快速原型制造
航空航天器轻量化的实现
高效、高精度制造复杂零部件
制造高效、高精度的电子元器件和复杂结构的电子设备。
电子电器领域
制造高效、高精度、高质量的医疗器械和组件。
医疗器械领域
制造高效、高精度、高质量的建筑模型和组件。
建筑领域
05
CHAPTER
喷射沉积技术的未来展望
市场需求持续增长
EUV基础知识
EUV介质对EUV的吸收导致EUV系统是反射系统，掩膜和投影物镜均为反射式。
EUV技术延迟的原因有：1、DUV技术的存在；2、EUV存在的技术挑战和一些风险；3、90年代金融危机的影响；4、各个公司对NGL没有达成一致。
EUV系统的结构：1、等离子体或稀有气体的EUV光源；2、镀有多层膜的集光器和反射镜；3、装载反射掩膜的掩膜台；4、反射式投影物镜；5、装有硅片的扫描工件台。
EUV的光束将引起掩膜和光学表面的局部受热，这要求在关键表面要有热控制。
另外，磁悬浮平台的速度和位置都需要控制在纳米精度。
EUV光学系统高精度反射式投影物镜系统。
为了保证好的像质，必须使用精度小于/14由于通过反射时的能量损失，必须限制实际的物镜的反射镜的数量，为了减小误差，必须使用非球面反射镜。
系统的成像质量通常用zernike系数表示，通过拟合透过光学系统的波前和理想球面波前进行比较拟合出zernike系数。
Zernike系数中的5到36项被称作figure and quantify 像差。
而37级及其以上的项被称作mid spatial frequency roughness（MSFR），他描述了图像空间周期在1um到1mm时的平滑特性。
MSFR 引起了小角度的散射，这些散射光仍保持在像场内。
MSFR使背景照明超过了期望得到的理想图案的亮度，（即杂散光）。
杂散光和杂散光的不均匀特性，都降低了像质。
杂散光的绝对值减小了图像的对比度，限制了操作条件和处理窗口。
杂散光的不均匀性引起了图案关键尺寸的不均匀性。
大角度的散射会使杂散光射在像场外，这种因为大角度而引起光的损失称作HSFR。
HSFR与空间周期小于1um的表面粗糙度有关。
HSFR的主要影响是降低了产率。
四镜结构的投影物镜的WFE不能大于0.25nm RMS，六镜结构的0.25NA数值孔径的投影物镜结构的WFE要小于0.2nm RMS。
因为同时获得低的MSFR和HSFR比较困难，所以一种多层膜平滑技术被法阵起来以用于在将MSFR减小到一个可以接受的范围之后减小HSFR。
特殊成型技术之喷射成型
国外喷射成形技术的应用开发
• 主要集中在圆锭坯和管坯上，对平板产品的应用 较少。目前，已经能生产直径450mm和长度 2500mm的棒材，其收得率可高达70%~80%，所 生产的管坯直径为150~1800mm、长度为8000， 其收得率为80%~90%。而成形的合金材料主要有： 铝硅合金、铝锂合金、2000及7000系列铝合金、 各种铜合金、不锈钢和特种合金等。这些材料已 经用于火箭壳体、尾翼、涡轮发动机涡轮盘、海 洋中耐腐蚀管道（IN625合金）、轧辊、导电材 料（Cu-Cr、Cu-Ni-Sn等）、汽车连杆、活塞及 体育器材等。
5 、控制往复喷射成形技术
针对多层喷射成形工艺存在的采用紧耦合 雾化器， 雾化喷射流分散，喷射密度低，形成 大量孔隙等问题，上海交通大学的张豪等人在 对工艺控制模型、雾化器结构和成套设备深入 研究的基础上，开发出控制往复 喷射成形技术 和装置，于2 0 0 3 年申请了控制往复喷射成形 工艺的发明专利，并于2 0 0 4 年首次在我国发 起成立华通喷射成形有限公司，专业从事喷射 成形产业化。 获得有益效果是：沉积坯凝固速率高 ( 大 于1 0 4 K ／ s ) 。 组织精细 ( 平均晶粒度 0 ． 9 ～ 2 0 I x m) ，同时，致密度高 ( 大于 9 6 ％) 、层界面缺陷少，适宜制备大规格的沉 积坯 ( 管坯、锭坯、板坯等) ，材料收得率大 幅度提高( 大于8 5将一个电渣熔炼系统的熔池作为喷 射成形工艺用液态金属熔池．采用冷壁式感应 导板的漏斗形浇口来控制金属液流的传输，该 导板采用感应加热以避免金属液流的凝结。纯 净金属喷射成形工艺通过熔渣中的化学精炼来 达到理想的纯净水平，同时采用铜制CIG系统 避免了传输过程中的污染。并在工艺过程中仅 少量金属处于液态．减少了伴随大量金属熔化 时带来的各种问题，同时减少了能量损失。该 工艺与粉末冶金工艺相比，生产步骤大大减少， 而产量明显提高。产品成本低，性能优越，可 替代粉末冶金工艺制造航空发动机涡轮盘。
金属喷射成型的最新发展态势
金属喷射成型的最新发展态势摘要：金属雾化喷射成型技术是在快速凝固粉末冶金工艺基础上发展起来的一种介于铸造和粉末冶金之间的冶金新工艺。
金属雾化喷射成型工艺过程是将合金原料熔化后，注入中间包内，由中间包下部的导液管流出后，经雾化喷嘴射出的高速气体雾化，形成细小的金属液滴，在高速气流作用下加速飞行并逐步冷却，在半固态下沉积到沉积器上，最终凝结成锭坯。
金属喷射成型工艺分为４个阶段，雾化阶段，喷射阶段，沉积阶段和凝固阶段。
关键词：粉末冶金工艺；金属喷射成型；发展态势一、生产量增长方兴未艾在过去的10年中，欧洲金属粉末喷射成型的产品产量平均每年增长10%左右。
当然，它的基数较低。
据国外统计，2007年金属粉末喷射成型生产使用的金属粉末接近5400吨，而全球粉末冶金生产消耗的金属粉末是90万吨。
普通的粉末金属市场主要由汽车制造业的需求支配。
但是，世界各地金属粉末喷射成型的产品市场不完全相同。
在美洲，用粉末金属喷射成型技术生产的零部件产量最大当属机械工程行业，其次是汽车制造业、医疗器械制造业；在欧洲，汽车制造业是主要市场，机械制造业则属第二；而亚洲，主要市场是信息行业，机械制造业排第二。
从表可以看出，全球金属粉末喷射成型制品的最大市场，是机械工程行业，占35%；信息行业居第二位，占26%；第三位是汽车制造行业，占25%。
各行业消费的金属粉末喷射成型的典型制品包括：机械工程行业用的主要是小齿轮、园林机械零件、手工工具以及更简易的物品等；信息行业主要是笔记本电脑、移动电话等的结构零件，磁盘驱动的组成部件，光纤连接器组成部件和热能管理组成部件；汽车制造行业的金属粉末喷射成型制品，主要是涡轮增压器系统的组成部件和其它发动机的组成部件。
在欧洲，汽车行业的衰退虽然有可能继续，但是应用金属粉末喷射成型方法制造零部件，是发展最快的行业。
医疗行业使用的金属粉末喷射成型制品有：植入人体内的植入物、外科用的各种工具、牙科用的牙托；金属粉末喷射成型技术已经成为制造上述制品的理想技术，特别是在美国，医疗行业已成为使用金属粉末喷射成型制品的重要行业。
冶金新技术讲座4
金属泥成形原理图
加压模锻前
金属泥 加压模锻后
电磁铸造
5.电磁铸造
采用电磁冶金技术，可借助磁场力使作为电磁导体的熔融金属悬浮， 实现非接触运输、非接触搅拌和非接触凝固，从而提高产品质量。 电磁铸造是利用电磁感应原理实现无模连续铸造技术，即液体金属 不与铸模接触成形，而是在电磁力约束下液态金属保持自由表面状态 下凝固成形，其表面呈镜面，由于在磁场作用下凝固，金属组织与结 构得到改善。
第七章 毛坯生产新技术—近终成形
近终成形技术(Near Net Shape Technology)是20世纪 80年代电渣精铸-电渣转铸及电渣离心铸造问世,以及微电 弧成形的发展，由国际冶金界首先定名为构件近终成形技 术，成为材料制备学的一个新分支。 连铸技术的发展及技术突破，在传统连铸技术基础上 开发了薄板坯连铸、辊式薄带连铸及超小断面线坯和空心 管坯连铸，构成近终形连铸（Near Net Shape Continuous）新概念。 当代一切提高金属零件质量的手段，不外乎提高金属 纯净度，控制零件凝固组织，以及通过微合金化及热处理 以改善性能。近终成形集中在一道工序完成物性转变，无 疑是物性转变与物性控制过程中最佳的短流程工艺之一。 近终成形技术分为六大类，其学科分支框图如下：
目前有色金属及合金半固态金属泥制备与成形技术较成熟， 已获得工业应用，但黑色金属泥成形进展缓慢，其技术难点 主要有：
金属泥成形
1）固-液相线区间大的合金； 2）连续稳定地制备半固态金属泥； 3）准确控制熔体温度、固相比率及分布； 4）半固态金属泥的输送； 5）工具及模具等装置的使用寿命。 目前制备半固态的金属泥主要采用电磁搅拌法为主的工 艺，同时探索：（1）非均匀形核法；（2）应变诱导熔体活 化法制备金属泥。同时研究压铸、挤压、注射、锻压等方法 对半固态金属泥进行加工。 金属泥成形原理如图所示。
第二章 喷射成型技术
2.4 喷射成形材料特性
•（1） 晶粒组织：等轴细晶组织 • 喷射成形属于快速凝固范畴，其冷却速度高，沉
喷射成形合金（GH742、IN718）的拉伸性能
• 喷射成形合金（GH742、IN718）的拉伸性能
2.5 共喷射成形技术
• 在基体材料合金液喷射沉积工艺的基础上，将增强颗
粒喷到雾化的合金液流中，使两者同时沉积，获得复 合材料的技术。
1-雾化室 2-熔化炉 3-雾化器 4-沉积 体 5-压力释放罩 6-粉末回收料 7-搜集室
耗少，沉积收得率进一步提高80%，表面疏松减少。
• （4）扫描型双喷嘴
• 扫描型双喷嘴系统可制备更大直径沉积坯(直径达
600mm),同时也能达到整体致密,表面质量改善，坯件 尺寸精度提高。沉积速率可达100Kg/min 、气体消耗 减少 25%、沉积收得率达90%，可用于规模化生产 。
• 2.3.3 喷射成形装置
熔滴为球形，分布较宽。一般采用较低的气压和较大的气体
流量进行。 （2）超声气体雾化：喷嘴附加超声波发生装置，可获得 较大的熔滴冷却速率及更加细小的沉积组织。
• 雾化器是获得理想坯件显微组织的关键，设计原则： • （1）雾化介质能够获得尽可能大的出口散射束和能量
• （2）雾化介质与金属液滴之间能形成合理的喷射角度
• 扫描型喷嘴和倾斜布局能使雾化锥的熔滴质量(流率)分
布更趋均匀, 扫描喷嘴和倾斜布局降低坯件疏松,改善表 面质量 ,使沉积材料收得率平均提高约 10%。 • （3）双喷嘴 • 双喷嘴系统使坯件的温度剖面得到很大改善,两个射流相 互覆盖,射流中液相的含量可以按坯件的半径来控制,从 而促进沿坯件半径组织更加均匀, 金属流率高、气体消
电场驱动喷射沉积3D打印
电场驱动喷射沉积3D打印当我们谈论3D打印时，我们通常会想到激光束、粉末或塑料丝等原材料，通过逐层堆叠的方式构建出预设的三维模型。
然而，电场驱动喷射沉积3D打印却给我们带来了全新的视角。
这项技术结合了电场控制、喷射技术和沉积原理，具有巨大的潜力，必将在未来制造业中发挥重要作用。
电场、喷射和沉积是电场驱动喷射沉积3D打印的三个关键要素。
电场在这里扮演着“指挥家”的角色，对喷射过程进行精确调控；喷射技术则像“乐师”，将材料以微滴的形式精确地喷射到指定位置；沉积过程就像“建筑师”，将微滴堆积成具有特定形状和功能的实体。
电场驱动喷射沉积3D打印的工作原理相对复杂。
电场作用下的材料被加热并形成熔融状态，然后通过喷射系统以微滴形式释放。
在这个过程中，电场对微滴的形状、大小和运动轨迹产生影响，从而确保了沉积位置的准确性和结构的一致性。
微滴在沉积基板上冷凝并固化，形成预设的三维形状。
这项技术的出现为各领域的创新提供了可能。
在工业生产方面，电场驱动喷射沉积3D打印有助于生产具有复杂内部结构和高质量的产品，如发动机零部件、医疗器械等。
在医学领域，这项技术也有望实现个性化医疗和细胞打印，为组织工程和再生医学提供新的解决方案。
电场驱动喷射沉积3D打印是一种充满潜力的新型制造技术。
它通过精确调控电场、喷射和沉积过程，实现了对3D打印质量和效率的显著提升。
可以预见，在未来的制造业中，电场驱动喷射沉积3D打印将成为推动产业升级和创新的强大引擎。
它不仅将为我们的生活带来更多便利和可能性，更是为祖国的未来制造业发展提供了强大的技术支持。
电场驱动喷射沉积3D打印技术具有巨大的精确性优势。
通过电场的精确调控，可以确保材料微滴的形状、大小和运动轨迹的精确无误。
这种高精度制造能力将使我们能够生产出更加精密、复杂的零件和产品，满足不同领域的需求。
这项技术还具有高效性。
在电场驱动喷射沉积过程中，微滴可以迅速冷却并固化，大大缩短了制造时间。
这使得3D打印能够实现快速、大规模的生产，提高生产效率，降低成本。
材料成形新技术
当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽
车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系
人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃耗、减
少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车工 程界主攻的方向。
为了达到进一步减小质量及降低成本的目的，除了
开发高强度钢、铝、镁钛等轻合金材料外，近年来
分为连续搅拌和非连续搅拌.
5） 半固态金属成形技术的特点
——重熔加热后的半固态金属坯料的粘度很高，
可以方便地机械搬运，也便于实现自动化操作；
在高速剪切作用下，半固态金属坯料的粘度又可
迅速降低，便于成形。 ——半固态成形时，金属在充型过程中，不易 发生喷溅，减轻了合金的氧化和裹气，提高了铸 件的致密性。因此．可以通过热处理来进一步提
落，容易实现自动操作。
缺点：模具安装和嵌镶件的安放比较麻烦；占地面
积较大。
2、立式注射机的特点 优点：占地面积小， 模具拆装方便，成型 制件的嵌件易于安放。 缺点：顶出不易实现 自动化，机身较高， 稳定性差，加料维修 不便。 适应：注射量在 60cm3以下的小型注 射机。
立式注塑机两次注塑.WM 双色注射成型机录像
加料 预热 注射充模 保压补缩 冷却定形 开模
清模
注射过程
塑件脱模
注射
保压
倒流
冷却
图3-2 注射过程型腔内压力的变化
图3-3 注塑过程塑料温度随时间变化的关系
5.1.3.3 塑件后处理：
塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致
在使用过程中变形或开裂，应该采用后处理来
消除或减小。
消除塑件内应力的方法有：
于1967年提出的.
材料制备新技术(许春香) 第二章_喷射成型技术
2.8 喷射成形技术的工业化应用现状 2.8.1 喷射成形铝合金
图2-15 国内采用喷射成形过共晶A1—Si系合金制备的发动机新型缸套样品
2.8 喷射成形技术的工业化应用现状 2.8.1 喷射成形铝合金
图2-16 国内采用喷射成形工艺制备的超高强7000系铝合金沉积坯件
2.8 喷射成形技术的工业化应用现状 2.8.1 喷射成形铝合金
表2-6 不同快速凝固工艺制备的过共晶Al-Si 系合金的力学性能
力学性能 合金及成分 状态 制坯工艺 抗拉强度 бb/MPa 290 244 386 476 296 425 333 254 283 325 380 屈服强度 б0.2/Mpa 290 162 233 363 233 380 253 207 197 260 260 伸长率 δ/% 19 7 5 15 5 13 20 18 8.5 2
A390 Al-12Si A1-12Si-2Cu A1-12Si-2Cu Al-l2Si-3Mg A1-12Si-3Mg A1-12Si-1.1Ni Al-12Si-0.5Co A1-12Si-0.07Sr A1-12Si-7.5Fe A1-20Si-7.5Fe
金属型铸造+T6 RS/PM+热挤压 RS/PM+热挤压 RS/PM+热挤压 +T6 RS/PM+热挤压 RS/PM+热挤压 +T6 RS/PM热挤压 RS/PM+热挤压 RS／PM+热挤压 RS/PM+热挤压 RS/PM+热挤压
2.8 喷射成形技术的工业化应用现状 2.8.1 喷射成形铝合金
（a）生产设备 (b) 合金圆锭产品 图2-13 喷射成形过共晶Al-Si系合金圆锭生产设备和产品(德国PEAK公司)