复合增材制造技术研究进展
复合材料三维织造z向增强技术研究
复合材料三维织造z向增强技术研究随着科技的不断发展，复合材料的应用越来越广泛，尤其是在航空、航天、汽车等领域。
而在复合材料制造过程中，如何提高其性能和降低成本是一个亟待解决的问题。
本文将从理论和实践两个方面，对复合材料三维织造z向增强技术进行深入研究。
一、理论基础1.1 复合材料的基本原理复合材料是由两种或两种以上的材料通过物理或化学方法结合在一起而形成的具有新性能的材料。
复合材料具有轻质、高强、高刚度、耐腐蚀、抗疲劳等优点，但也存在一些缺点，如成型难度大、易损伤等。
因此，研究复合材料的制备工艺和性能优化具有重要意义。
1.2 三维织造技术的发展历程三维织造技术是一种新型的纤维加工技术，它可以实现纤维的连续化、可控性和高效性。
自20世纪80年代以来，三维织造技术在航空航天、建筑、医疗等领域得到了广泛应用。
随着计算机技术的不断发展，三维织造技术也在不断地完善和发展。
1.3 z向增强技术的理论基础z向增强是指在纤维束中沿垂直于纤维方向的方向上施加预应力，以提高纤维的拉伸强度和刚度。
z向增强技术可以通过改变纤维束的排列方式、添加增强材料等方式实现。
在三维织造过程中，z向增强技术可以通过调整织物的经纬向密度来实现。
二、实践研究2.1 纤维束的制备与排列在三维织造过程中，纤维束的制备和排列是关键环节。
需要选择合适的纤维材料和增强材料，并将其混合均匀。
然后，通过预处理、加热等手段使纤维束达到一定温度和状态。
通过模具压制或喷射等方式将纤维束排列成所需的形状。
2.2 三维织造工艺参数的优化三维织造工艺参数包括经纬向密度、喷丝头间距、加热温度和时间等。
通过对这些参数的优化，可以实现纤维束的高质量排列和增强效果的最大化。
还可以采用多孔模具等手段进一步提高纤维束的质量和性能。
2.3 复合材料性能测试与分析为了评估三维织造z向增强技术的性能优劣，需要对制备出的复合材料进行力学性能测试和微观结构分析。
力学性能测试包括拉伸强度、模量、断裂伸长率等指标；微观结构分析可以通过扫描电镜等手段观察纤维和增强材料的分布情况和形态特征。
复合材料技术的研究现状与发展趋势
复合材料技术的研究现状与发展趋势复合材料技术在过去几十年中有了较大的发展，创造了大量的应用场景，也极大地推动了相关行业的进步。
本文将从研究现状以及未来的发展趋势两个方面来探讨复合材料技术的发展。
一、研究现状1.复合材料的定义复合材料是指将两种或两种以上不同材料结合在一起所形成的材料，通过对其进行复合，可以有效提高其力学性能和其他性能指标。
2.制造复合材料的方法目前制造复合材料的方法有很多种，其中最常见的方法是：手工铺层法、机器成型、自动复合机材法、自动纺织机法等。
每种方法都有其特点和适用范围。
3.复合材料的应用复合材料的应用领域非常广泛，如航空航天、汽车、船舶、建筑、电子等领域。
例如，碳纤维复合材料被广泛应用于航空领域中，可以制作轻量化的飞行器部件，如机翼、尾翼、机身等。
4.复合材料的优缺点复合材料具有较高的强度、刚度和韧性，同时还具有重量轻、易成型、良好的耐腐蚀性等优点，因此得到了广泛的应用。
但是，相对于传统材料来说，复合材料的成本较高，并且其开发和制造过程中还存在一些技术难点。
二、发展趋势1.材料的多样化和复合材料的集成在未来的发展趋势中，复合材料材料的多样化和复合材料的集成将是其中的关键点。
由于不同的材料具有不同的特性，因此它们可以用于不同的应用领域。
例如，钛合金和钢可以用于制造大型飞行器，而纤维素和树脂可以用于制造家具和纸质制品。
2.制造过程的自动化和数字化制造过程的自动化和数字化也是未来发展的重要方向。
通过在制造过程中引入自动化和数字化技术，如3D打印技术，可以提高制造效率和质量，同时降低成本。
3.绿色复合材料的开发随着环保意识的不断提高，绿色复合材料的开发也将成为一个重要的方向。
目前已有一些绿色复合材料得到了广泛应用，如生物基复合材料和可降解的聚酯复合材料等。
这些材料既具有较高的性能，又能够快速降解，并对环境产生较小的污染。
4.应用领域的扩大未来，复合材料的应用领域也将不断扩大。
例如，目前一些复合材料已经被用于制造电池、太阳能电池板和医疗器械等领域。
复合材料研究新进展
复合材料研究新进展近年来，复合材料研究领域取得了许多新的进展。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，通过将它们的优点结合起来，可以创造出具有优良性能的新材料。
本文将介绍几个复合材料研究的新进展。
首先，纳米复合材料是目前研究的热点之一、纳米复合材料是由纳米颗粒和基础材料组成的材料，具有独特的物理和化学性质。
例如，纳米颗粒的添加可以显著提高复合材料的强度、硬度和热稳定性。
研究人员通过控制纳米颗粒的形状、大小和分布来调节复合材料的性能。
纳米复合材料在电子、医疗、能源等领域具有广泛的应用前景。
其次，生物复合材料是另一个研究的热点。
生物复合材料是指由生物可降解聚合物和无机或有机增强物组成的复合材料。
它具有优异的力学性能和生物相容性，可以被用于骨组织工程、药物载体等领域。
研究人员通过改变聚合物的组分和结构，以及增强物的类型和含量，来调控生物复合材料的性能。
生物复合材料的研究对于解决生物医学领域中的问题具有重要的意义。
第三，多功能复合材料是近年来的一个新研究方向。
多功能复合材料是指具有多种功能的复合材料，可以同时满足不同的应用需求。
例如，研究人员将导电颗粒、磁性颗粒和荧光颗粒等添加到复合材料中，使其具有导电、磁性和荧光功能。
多功能复合材料在电子、传感器、光学等领域有着广泛的应用前景。
最后，可再生复合材料是一个具有重要意义的研究方向。
传统的复合材料通常由非可再生资源制备而成，对环境造成了一定的压力。
随着可再生能源的发展和环境保护意识的提高，研究人员正在探索以可再生资源为原料制备复合材料的方法。
例如，纤维素、淀粉和玉米等天然资源可以用来制备生物复合材料，其具有良好的生物可降解性和可再生性。
可再生复合材料的研究对于实现可持续发展具有重要意义。
综上所述，复合材料研究在纳米材料、生物材料、多功能材料和可再生材料等方面取得了许多新的进展。
这些新进展为材料科学和工程领域的发展提供了新的方向和机会。
随着技术的不断进步，相信复合材料将在更多领域得到应用并取得更大的突破。
复合材料增材制造技术在直升机上的应用前景
0 引言材料的研制与直升机的更新换代密不可分，而航空领域对材料的要求更为苛刻，除了轻质高强外，还需要良好的耐高温/低温、耐腐蚀以及抗疲劳等性能。
自第三代直升机诞生以来，随着制造水平的稳步提升，传统的木质和金属结构件已逐渐被复合材料所取代，而机体结构复合材料的使用量也成为评价直升机技术水平的重要指标之一[1]。
目前，绝大部分复合材料都在使用传统的成型方法，较为常用的复材成型方法有手糊成型、喷射成型、模压成型以及RTM 成型等。
其中，手糊成型历史悠久，其加工成本低，但精度和稳定性难以保持且效率较低。
喷射成型损耗大且可控性差。
模压成型及RTM 成型都需要昂贵的模具，不易制作外形复杂的零件[2]。
随着“工业4.0”时代的到来，个性化和数字化的生产模式孕育而生，在航空航天领域，复合材料成型技术发展迅速。
随着增材制造技术在金属材料成型上的发展，越来越多的人将目光投向了复合材料。
增材制造的核心思想是“离散-堆积”，狭义上来说，它是一种以激光、电子束以及电弧等为热源，熔化粉材、丝材，逐层堆积并形成实体的技术；广义上来说，任何逐层累积的加法制造都属于增材制造领域，这种新型成型方式不需要模具和铸锻设备，成型快且自动化水平高，理论上适合成型各种形状复杂的零件。
针对直升机上各种复杂且数量众多的零部件，将增材制造技术引入复合材料成型领域可以有效地克服传统复材成型方式带来的弊端，此外，独特的成型方式在结构优化方面也有非常重要的作用。
1 复合材料在直升机上的应用现状自1970年以来，复合材料凭借其轻质高强、耐疲劳性好、减振性能好、电磁防护性能好以及可设计性强等优点逐渐提高了其在航空领域的使用率[1-3]。
按照基体材料对复合材料进行分类，大致可以分为金属基复合材料、聚合物基复合材料以及无机非金属基复合材料。
其中，树脂基复合材料的用量最大，达到90%以上。
与传统的金属材料（例如铝合金、钢以及钛合金等）相比（如图1所示），复合材料在比强度和比模量方面的优势比较明显。
复合增材制造技术研究进展
复合增材制造技术研究进展复合增材制造技术研究进展杨智帆1袁张永康1袁2渊1.⼴东⼯业⼤学机电⼯程学院袁⼴东⼴州510006⽈2.⼴东镭奔激光科技有限公司袁⼴东佛⼭528225冤摘要院在阐述了复合增材制造技术的含义及关键技术特征的基础上袁对基于机加⼯的复合增材制造尧基于激光辅助的复合增材制造尧基于喷丸的复合增材制造尧基于轧制的复合增材制造四种复合增材制造技术的特点与优势进⾏了总结袁并介绍了⼀种全新的激光锻造复合增材制造技术袁其可与多种增材制造复合并能有效细化晶粒尧消除缺陷和重构应⼒分布袁最后指出了复合增材制造技术在耦合机理尧参数优化及装备研制⽅⾯的发展趋势遥关键词院复合增材制造⽈耦合⼯艺⽈激光锻造中图分类号院TG669⽂献标志码院A ⽂章编号院1009原279X渊2019冤02原0001-07Research and Development of Hybrid Additive Manufacturing TechnologyYANG Zhifan 1袁ZHANG Yongkang 1袁2渊1.School of Electro-mechanical Engineering袁Guangdong University of Technology袁Guangzhou 510006袁China⽈2.Guangdong Leiben Laser Technology Co.,Ltd.袁Foshan 528225袁China 冤Abstract 院Based on expounding the technical meaning and key features of hybrid additive manufacturing (hybrid -AM)袁the features and advantages of hybrid -AM by machining袁by laserprocessing袁by shot-peering and by rolling are summarized and analyzed.Then袁a new technology named hybrid -AM by laser forging is introduced袁which can be coupled with other AM processes and effectively refine grains袁eliminate defects and reconstruct stress distribution.Finally袁the development trend of hybrid-AM technology in coupling mechanism袁optimization of multi-processes parameters and equipment manufacturing is discussed.Key words 院hybrid additive manufacturing⽈coupled processes⽈laser forging收稿⽇期院2018-12-10基⾦项⽬院国家重点研发计划渊2017YFB1103600冤⽈国家⾃然科学基⾦资助项⽬渊51775117冤第⼀作者简介院杨智帆袁男袁1993年⽣袁硕⼠研究⽣遥与传统去除成形⽅法相⽐袁增材制造是⼀种基于材料增量制造理念的技术[1]袁是⼀种利⽤CAD 模型以材料连接⽅式完成物体制作的过程[2]袁与减材制造相⽐袁增材制造通常是逐层累加进⾏的遥增材制造具备柔性尧快速和绿⾊制造等技术优势袁在航空航天尧国防⼯业和⽣物医疗⽅⾯具有重要应⽤前景[3-4]遥然⽽袁增材制造技术存在零件成形精度低尧⼒学性能不⾜等问题[5]遥针对上述技术瓶颈袁现已出现了若⼲种既保持增材制造技术优点⼜能吸收传统技术优势的复合增材制造新技术袁为解决瓶颈难题提供了新路径遥本⽂重点介绍复合增材制造技术的研究进展袁并根据辅助⼯艺的不同将复合增材制造技术分成五种不同类别袁分别进⾏了总结与分析袁并对复合增材制造技术的发展⽅向进⾏了展望遥1复合增材制造技术含义野复合冶⼀词⼴泛应⽤于制造领域袁国际⽣产⼯程科学院渊CIRP冤将野复合制造冶定义为野⼀种基于若⼲种⼯艺/⼯具/能量源同步⼯作尧相互作⽤可控且对⼯艺/零件性能有显著影响的技术冶[6]遥⼀般地袁复合增材制造以增材制造为主体⼯艺袁在零件制造过程中采⽤⼀种或多种辅助⼯艺与增材制造⼯艺耦合协同⼯作袁使⼯艺尧零件性能得以改进遥复合增材制造虽涉及多种⼯艺尧能量源袁但并不能严格达到综述专稿叶电加⼯与模具曳2019年第2期1要要。
复合材料加工技术的研究与发展
复合材料加工技术的研究与发展一、绪论复合材料是由两个及以上的成分组成的材料，通常由一种叫做基体的材料和一种或多种叫做填充物的材料组成。
复合材料具有优异的力学、导热、导电、耐磨、抗腐蚀、耐高温、阻燃等性能，因此在航空、航天、汽车、轻工、电子、医疗器械等领域得到了广泛应用。
本文将介绍复合材料加工技术的研究与发展。
二、复合材料加工技术的分类（一）树脂基复合材料加工技术树脂基复合材料加工技术主要包括手工制作、压塑、注塑、干法成型等多种加工方法。
其中，手工制作是最简单的方法，因为基材和填充物可以手工混合成组合材料。
而压塑是一种将复合材料中的筋骨分别进行在线模压的方法，通过分别处理筋骨和基体来实现油墨分离，这可以使其较好地回收。
注塑是可以自动化的压铸方法，它可以大量生产复杂的工件，而干法成型可以获得轻质、高强、高模量的复合材料。
（二）金属基复合材料加工技术金属基复合材料加工技术与树脂基复合材料加工技术的不同之处在于，它使用的是金属作为填充物，这是因为金属具有优异的导热性和导电性。
金属基复合材料加工技术包括数控焊接、转卷挤压等方法。
（三）陶瓷基复合材料加工技术陶瓷基复合材料加工技术主要是使用陶瓷作为填充物制备复合材料，这是因为陶瓷具有高温稳定性和高硬度。
这种方法是通过热压成形、点胶接合、烤瓷包覆等方法来制备复合材料。
三、复合材料加工技术的发展趋势（一）高效、高精度的加工技术未来，加工技术将趋向通用、高效、高精度化，以满足不断提高的产品质量和经济性要求。
数控、机器人等技术的应用将进一步提高复合材料产品的加工精度和效率。
（二）符合环保要求的加工工艺随着节能环保意识的增强，更加注重加工过程中的环保要求。
未来的复合材料加工技术将以符合环保要求为方向，绿色环保加工技术将随之兴起。
（三）材料结构与设计优化未来，加工工艺将与材料结构与设计优化相结合，明确产品所需的属性，优化材料的结构和配比，提高材料的综合性能。
四、复合材料加工技术的优势和挑战（一）优势1. 复合材料易于加工和成型，可以满足不同的工艺要求。
复合材料的高效制造技术研究
复合材料的高效制造技术研究在当今科技飞速发展的时代，复合材料凭借其优异的性能，在众多领域得到了广泛应用，从航空航天到汽车制造，从能源领域到体育用品。
然而，要实现复合材料的广泛应用，高效的制造技术是关键。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等。
与传统单一材料相比，复合材料具有更高的强度、刚度、耐腐蚀性和耐热性等优点。
为了满足市场对复合材料日益增长的需求，提高制造效率成为了研究的重点。
高效制造技术不仅能够降低生产成本，还能提高产品质量和性能的一致性。
目前，主要的高效制造技术包括以下几种：自动化制造技术是提高复合材料制造效率的重要手段之一。
通过引入机器人和自动化设备，可以实现复合材料的自动化铺层、切割、成型等工艺。
例如，在航空航天领域，使用自动化铺丝技术能够大大提高复合材料构件的制造精度和效率，减少人工操作带来的误差。
而且，自动化制造技术还可以实现24 小时不间断生产，进一步提高生产效率。
模压成型技术也是一种常见的高效制造方法。
该技术将预浸料放入模具中，通过加热和加压使其固化成型。
模压成型技术具有生产效率高、产品质量稳定、适合大批量生产等优点。
在汽车零部件制造中，模压成型技术被广泛应用于制造车身结构件和内饰件等。
另外，拉挤成型技术在复合材料制造中也发挥着重要作用。
拉挤成型技术通过将连续纤维或纤维织物经过树脂浸渍后，通过模具拉挤成型为各种截面形状的型材。
这种技术生产效率高，产品性能稳定，尤其适用于制造长条形的复合材料构件，如电线杆、桥梁构件等。
除了上述技术，增材制造（3D 打印）技术也为复合材料的制造带来了新的机遇。
增材制造技术可以根据设计需求，逐层堆积材料，实现复杂形状的构件制造。
与传统制造技术相比，增材制造技术无需模具，能够大大缩短产品的开发周期，降低成本。
然而，在追求高效制造的过程中，也面临着一些挑战。
复合材料增材制造工艺优化研究
复合材料增材制造工艺优化研究随着科技的不断进步，材料的制造工艺也在不断改进与优化。
其中，复合材料增材制造工艺成为了当前材料制造领域的热点研究方向。
本文将对复合材料增材制造工艺进行深入研究与优化，以探寻更高效、精确的制造方法，为材料制造领域提供新的技术支持。
在复合材料增材制造工艺中，增材制造技术是实现复合材料制造的关键技术。
增材制造技术通过逐层堆叠或逐层成形的方式，不断积累材料以构建复杂的结构。
与传统的减材制造技术相比，增材制造技术具有材料利用率高、制造过程灵活性强等优势。
然而，在具体的制造过程中，存在着一些问题，如制造过程中的温度控制、结构精度、材料强度等方面的限制，这些问题限制了增材制造工艺的进一步发展。
首先，温度控制是复合材料增材制造工艺中的一个重要问题。
在增材制造过程中，由于材料的堆叠和成形需要加热，温度的控制成为了一个挑战。
过高或过低的温度都会对材料的性能产生不利影响，甚至导致工艺失败。
因此，需要通过优化加热方式、控制加热温度的精度，以提高温度控制的准确性。
其次，结构精度是复合材料增材制造工艺的关键问题之一。
在制造过程中，结构的精度直接影响着最终制品的质量。
当前，尽管增材制造技术已经可以实现较高的制造精度，但对于复杂结构和细小尺寸的制造仍然存在挑战。
为了提高结构精度，可以考虑优化增材制造机床的设计，改进控制系统，提高材料输送的精度等方面进行研究与改进。
第三，材料强度问题是复合材料增材制造工艺需要解决的难题之一。
复合材料由两种以上的材料组成，每种材料都具有不同的强度和特性。
因此，在制造过程中，如何使不同材料之间具有良好的结合性和强度，是一个重要的研究方向。
可以通过改进材料的配比、优化材料层厚度等方式，提高复合材料的整体强度。
此外，复合材料增材制造工艺的优化还需要考虑材料的表面质量、制造效率等方面的问题。
表面质量是制品质量的重要指标之一，对于一些具有精细结构的制品尤为重要。
不仅需要优化材料的表面光滑度，还需要解决材料表面的缺陷问题。
[国内外天然纤维增强复合材料的技术进展] 连续纤维增强复合材料
![[国内外天然纤维增强复合材料的技术进展] 连续纤维增强复合材料](https://img.taocdn.com/s3/m/877f203c0029bd64793e2c4e.png)
天然纤维增强复合材料是产业用纺织品领域的一个重要研究课题。
由于取材于可再生原料，对环境危害小，且具有优良的加工性能和声学特性，近年来在欧美地区发展较快。
本文主要介绍了以麻纤维为增强相的复合材料的加工技术、性能特点及成本优势，并探讨了开发生物复合材料的可能性。
Composite reinforced with natural fibers is a significant topic for technical textiles industry. Due to its recyclable raw materials with few environment effects, along with good processability and acoustic characteristic, this kind of material has got a rapid development in some developed regions. This article primarily introduced components with several bast fibers and leaf fibers, in terms of process technology, features, performances and cost advantages, and researched the feasibility of developing biocomposites as well.天然植物纤维是增强复合材料可选择的原料之一，自2005年以来一直保持着 10% ～15% 的年增长率。
植物纤维密度较低，仅有 5 g/cm3左右，具有节省物料消耗的潜力。
以平均值计算，天然纤维增强复合材料的能源消耗比玻璃纤维要低 60%。
天然纤维复合材料具有优良的加工性能和声学特性，并在很多方面超越玻璃纤维增强材料，如很好的生命循环特征等。
增材制造技术的研究及应用现状
增材制造技术的研究及应用现状随着科技的不断发展，各种新兴技术也应运而生。
其中，增材制造技术是近年来备受关注的一种颠覆性技术。
所谓增材制造技术，顾名思义就是利用3D打印机等设备，将材料逐层堆积成所需的形状，最终构造出具有立体效果的制品。
增材制造技术的发展历程增材制造技术源于20世纪80年代，当时日本工程师采用了聚合物和金属粉末等材料进行熔融沉积，进而制造出了诸如激光镭射成形等打印机。
后来，该技术扩展到了其他地区，形成了一些与原技术相似但不同的发展路径。
随着科研人员的不断努力，增材制造技术不断得到改进。
1993年，建立了第一家3D打印机公司——3D Systems。
2004年，3D 打印机元件价格下降，市场价格也下降，这使得增材制造技术逐渐走向消费者市场。
发展至今，增材制造技术已经逐渐成熟，且得到了广泛应用。
尤其是在制造、航空航天和医疗等领域，增材制造技术已经被广泛采用。
增材制造技术的应用现状增材制造技术可以制造出多种产品，最常见的是各种零部件和原型，例如汽车、飞机、太空飞船甚至人体器官等。
此外，利用增材制造技术还可以制造轻量化、高强度、高性能的金属零件，以及独特的建筑构件。
在工业制造领域，增材制造技术主要应用于复杂零件的制造。
由于传统制造方法在生产复杂工件时会遇到制造难度大、周期长、成本高等问题，而增材制造技术可以解决这些问题。
例如，增材制造技术可以将零件拆分成多个小部件，以便更好地完成整合，这是传统制造方法所不能达到的。
在航空航天领域，利用增材制造技术可以生产出复杂的零件和构件，例如将许多小零件拼接在一起，制造出大型模型。
另外，增材制造技术可以生产轻量化的结构件，这可以提高飞机等航空器的速度和性能。
在医疗领域，增材制造技术可以用于透析器、人工关节以及人造心脏等医疗器械的制造。
利用增材制造技术制造出的人造器官可以与受试者的匹配度更高，从而提高治疗效果。
此外，增材制造技术还可以制造出高精度、高复杂性的牙科治疗器械和口腔种植手术用具。
增材制造技术的研究与应用前景
增材制造技术的研究与应用前景近年来，随着科技的不断发展，增材制造技术逐渐走到了人们的视野中。
所谓增材制造，就是利用计算机辅助设计技术和数字化制造技术，将加工工艺分解成最基本的加工行为，通过加工控制系统将基本加工行为组合起来构建出三维实体，从而实现对物质的精确掌控和加工。
众所周知，传统制造方式所采用的都是减材制造方式，即通过在物体表面上切割、推卸或加热来实现形状的改变，而增材制造方式则是在三维空间内以层压制造的方式来构建物体。
这种方式的最大特点就是可以实现对材料的三种元素（形状、物性、结构）进行精确掌控，从而满足物体加工的精准度、效率、减少过程中的浪费。
增材制造技术越来越被广泛应用，因为它可以不仅提高生产效率，还能够降低制造难度和成本，广泛应用于医疗、汽车、机器人、航空和航天、建筑等许多领域。
以下是对增材制造技术的研究和应用前景进行更细致的探讨。
一. 增材制造技术的研究近年来，越来越多的国家投入资金和科研力量到增材制造技术的研究中，以推动这个领域的不断发展。
目前，增材制造技术研究的重点主要包括以下几个方面：1. 材料研究：材料是增材制造技术的重要基础，不同的材料就会有不同的制造成本、制造效率、制造精度等不同的特点。
因此，研究人员正在努力创新，探索新材料和新制造方法，以提高制造效率，降低成本，提高制造质量。
2. 工艺研究：增材制造技术的工艺是整个制造过程的驱动力，因此工艺研究也是增材制造技术研究的重点之一。
研究人员正致力于研究增材制造工艺，以开发新的制造方式，提高生产效率和制造精度。
3. 软件研究：增材制造技术是数字制造技术的重要应用之一，因此软件研究也是目前研究的重点。
研究人员致力于开发新的软件算法，可以优化制造过程，提高加工精度和效率。
二. 增材制造技术的应用前景随着技术的不断发展和加工难度的不断提高，增材制造技术的应用前景日渐广阔。
下面是增材制造技术应用的几个方面：1. 医疗领域：增材制造技术可以实现精确定制，可以根据患者的具体情况进行3D打印。
材料科学中的先进复合材料研究进展
材料科学中的先进复合材料研究进展材料科学作为一门既古老又新兴的学科，一直以来都在不断地推动着人类社会的发展。
在过去的几十年中，随着科技的飞速发展，材料科学的研究也在不断取得重大突破。
其中，先进复合材料的研究更是受到了广泛的关注和重视。
先进复合材料是一种由两种或两种以上材料组合而成的新型材料，它通过将多种不同的材料进行合理的组合，使得新材料具备了原材料所不具备的特性。
这种材料不仅具有原材料的优点，而且还具有更多的特殊性能，如强度高、硬度大、耐磨性好等。
因此，它在航空航天、汽车制造、能源开发等领域有着广泛的应用前景。
在先进复合材料研究方面，科学家们主要集中在材料的结构设计、制备工艺和性能表征等方面进行研究。
其中，结构设计是先进复合材料研究的关键环节之一。
科学家们通过模拟分析和实验验证，确定了不同材料组合的最佳比例和结构，以获得最理想的性能。
同时，制备工艺是研究中不可忽视的要素之一。
科学家们通过静电纺丝、层压成型等各种制备方法，使得先进复合材料的制备更加简单、高效。
另外，性能表征也是研究的重点之一。
科学家们通过扫描电镜、拉伸试验等手段，对先进复合材料的力学性能、热学性能等进行全面的表征，以评价其性能优劣。
在先进复合材料的研究中，有几类材料受到了广泛的关注。
首先，纳米复合材料是当前研究的热点之一。
纳米复合材料是由纳米粒子和其他材料组合而成的材料。
由于纳米粒子具有特殊的物理和化学性质，使得纳米复合材料具有更好的性能。
其次，有机-无机复合材料也是研究的重点之一。
有机-无机复合材料是由有机材料和无机材料组成的复合材料，具有有机材料的可加工性和无机材料的硬度和耐热性。
最后，碳纤维复合材料也是研究的焦点之一。
碳纤维复合材料是由碳纤维和其他材料组成的复合材料，具有重量轻、强度高等特点，在航空航天领域有着广泛的应用。
除了以上提到的材料研究外，还有许多其他的先进复合材料研究值得关注。
例如，石墨烯复合材料、金属基复合材料等。
国内外天然纤维增强复合材料的技术进展
黻
玻璃纤维
黄 麻 剑 麻 大 麻
亚 麻
维２ ０～ ３ ａ 两维 无序 （Ｄ ａ ｄ ｍ） 向纤维 ７ ～ １ ０ＧＰ ， ２ Ｒ ｎｏ 取 １
图 １ 植物纤维结构示意 图
玻 璃 纤维 是 增强 复合材 料 的 主要 原料 品种 。 高性 能 而
亚 麻 、 麻 纤维 的 抗 拉 刚性 要 优 于 玻璃 纤 维 ， 荨 机械 性 能 也 与 玻璃 纤 维 相 似 。麻纤 维 与其 他 天 然 纤维 一 样 ， 当处 于 激 烈 震 荡条 件下 时 易于 出现 断 裂 ， 维大 分 子 轻 度滑 移 ， 纤 表
维 素 微 细 组 织
于纤维 含量 、 空隙度 、 维取 向度 、 纤 纤维及 基质的特 性 。 以典 型的热 塑性 聚合物Ｐ 为例 ， Ｐ 以其作 复合材料 基质，
单一 Ｐ 聚合 物 密度 为 １ ／ 刚性 指 标 １ Ｐ 。 Ｐ ． ｇｃ ， ０ ｍ ． Ｇ ａ 实验 ５ 结 果 显 示 ， 其 他条 件 设 定 好 的状 态下 ， 在 将植 物 纤 维 置于 ３种 取 向态 时， 其复合材 料 刚性 的最 大值 分 别为 ： 取 向纤 单
居 中
需改进 成 本高昂 ．加 成本高 ：刚性．耐 方面 工 性要求高
使用面待开发
具 有 吸 水 性 机械性能不足
和 常用 的玻 璃 纤维 相 比 ， 作为增 强 复合材 料 的 植物 纤
[其他论文文档]探讨碳纤维增强复合材料加工技术研究进展
![[其他论文文档]探讨碳纤维增强复合材料加工技术研究进展](https://img.taocdn.com/s3/m/601b87b19b6648d7c0c746a4.png)
探讨碳纤维增强复合材料加工技术研究进展碳纤维增强复合材料(CFRP)，其组成成分介于碳和石墨之间，是一种耐热性能好，轻质高强度的纤维聚合物，其表现出优良的耐疲劳性和抗腐蚀性，备受新型工业青睐，大量用于建筑行业、医疗行业、军队设备和航空设备制造业中。
CFRP 在加工过程中，基体和纤维存在较为复杂的内部相互作用，使其物理特性与金属有较大区别，密度远小于金属，而强度大于绝大部分金属。
因为CFRP 的不均匀性，在加工过程中往往会出现纤维拉出或基质纤维的现象;CFRP 具有较高的耐热性和耐磨性，使其在加工过程中对设备的要求较高，因为生产过程中产生大量切削热对设备磨损较为严重。
同时，其应用领域的不断扩展，要求也越来越细腻，对材料适用性做出要求，对CFRP 的质量要求也越来越苛刻，也致使加工成本上浮，所以，对CFRP 加工技术的研究也显得非常必要。
本文阐述了现阶段关于CFRP 加工的5 种主要技术：车削加工、铣削加工、钻孔加工、磨削加工、超声振动加工技术。
对比各加工工艺，旨在为选择更有效合理的加工方法加工CFRP 提供参考。
对CFRP 切削理论中，CFRP 的不均匀性和各向异性，导致工件和刀具的相互作用有明显差异性。
通过对CFRP 加工过程中切屑产生以及材料去除的机理分析，更加深刻了解CFRP加工的发展历程。
另外，通过对加工过程细致化的假设研究，基于现在切削理论，对由于切削产生的切削热进行分析研究，研究加工时各参数的设置对成品表面质量的影响，并反复调整核对参数，以生产出更高标准的产品为目标，优化现有技术。
1 原理1.1 纤维取向纤维取向在CFRP 工件和刀具接触面的相互作用中会产生重大影响，因此在 CFRP 加工时，有必要明确描述出不同纤维取向。
在CFRP 切削过程中，切屑形成和纤维取向密切相关。
研究发现，CFRP 工件和刀具接触面的断裂是由刀尖所施加的压力导致的。
在多种纤维取向方面，共有 3 种切削机理：①纤维的断裂沿着纤维和基体接触面的方向，即纤维取向是 0②刀具剪切时方向垂直于纤维轴，纤维取向为75③纤维取向为 90甚至负角度，纤维方向角度 30、60、90是最关键的方向，它们会导致大的切削力和集中磨损及工件破坏，通过增加刀具后角值可以有效地减小进给推力。
增减材复合制造技术研究现状与发展
增减材复合制造技术研究现状与发展增减材复合制造技术是一种利用新型材料、新型工艺结合3D打印技术，逐层堆积自由化设计的零件的制造工艺。
这种技术发展迅速，具有重要的应用前景。
本文将对该技术的现状和发展进行分析和总结。
一、增减材复合制造技术的现状1.技术特点增减材复合制造技术具有以下特点：（1）材料灵活：可用金属、塑料、陶瓷和生物材料等传统材料进行制造，也可以用新材料如复合材料、石墨烯等材料进行。
（2）结构复杂：该技术可以制造出复杂度高的结构，具有更好的性能和更低的成本。
（3）制造速度快：采用增减材复合制造技术，可以逐层打印出所需的产品，制造速度得以大大提高。
（4）制造成本低：与传统制造技术相比，增减材复合制造技术可以节省材料和能源成本。
2.应用领域增减材复合制造技术已经在多个领域得到了应用，如：（1）航空航天领域：增减材复合制造技术可以制造出更加轻盈、坚固的飞行器部件，用于提高飞行器性能。
（2）医疗领域：该技术可以制造出更加符合人体需要的人工组织和器官，以及各种医疗器械。
（3）汽车制造领域：该技术可以制造出更加轻盈、节能的汽车部件，以及各种新型汽车等。
二、增减材复合制造技术的发展1.材料方面的发展目前，增减材复合制造技术可以使用多种传统材料和新型复合材料。
未来，可以预见的趋势是，不断有新的材料用于增减材复合制造技术中，以满足更多领域中的生产需求。
2.技术工艺方面的发展当前，增减材复合制造技术已经广泛应用，而在技术工艺方面，该技术还有很大的发展空间。
例如：（1）组件制造：如何更加精确地制造出复合组件，是增减材复合制造技术需要解决的问题。
（2）增材工艺：如何在增材工艺中实现更高的制造精度和速度，是该技术需要解决的另一个问题。
3.市场领域的发展当前，增减材复合制造技术已经在各个领域广泛应用，并且随着技术的不断发展，市场前景非常广阔。
预计未来几年，增减材复合制造技术还将继续发展和完善，其市场规模也将不断扩大。
复合材料研究进展和应用现状
复合材料研究进展和应用现状随着科技的发展，越来越多的新材料被开发出来并应用于各个领域。
复合材料便是其中之一，它是指两种或以上的不同材料在某一方面有协同作用的新材料。
复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、隔热性能好等优点，因此在航空、航天、汽车、船舶、建筑、电子等领域都有广泛的应用。
本文将从复合材料的种类、应用领域、研究进展等方面介绍复合材料的发展现状。
一、种类复合材料广泛存在于我们生活中，既有自然产生的复合材料，如树木、贝壳等，也有人工合成的复合材料。
人工合成的复合材料多为高分子复合材料和无机复合材料。
1.高分子复合材料高分子复合材料是指由高分子基体和增强相组成的复合材料，在高分子基体中嵌入了颗粒、纤维、薄膜等增强相，形成了具有一定力学性能的材料。
常见的高分子复合材料有玻璃纤维增强聚酯树脂、碳纤维增强聚酰亚胺材料等。
2.无机复合材料无机复合材料是指由无机基体和增强相组成的复合材料，无机基体可以为金属、陶瓷或玻璃等，增强相可以为颗粒、纤维、薄膜等。
常见的无机复合材料有碳化硅增强铝基复合材料、碳化硅增强氮化硅基复合材料等。
二、应用领域1.航空航天航空航天是复合材料最早应用的领域之一，航空器和航天器必须具备高度的轻量化和高性能的要求。
复合材料的轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温等优点，使其成为替代金属材料的理想选择。
航空器和航天器中常用的复合材料有碳纤维增强聚酰亚胺材料、玻璃纤维增强聚酯树脂、环氧树脂基复合材料等。
2.汽车近年来，汽车行业对复合材料的需求越来越高，主要是为了减轻车身重量，降低燃油消耗和排放。
复合材料的轻质、高强度、抗冲击、耐腐蚀、隔热性能好等优点，使其成为汽车制造的理想材料。
汽车中常用的复合材料有碳纤维增强聚酰亚胺材料、玻璃纤维增强聚酯树脂、环氧树脂基复合材料等。
3.建筑复合材料在建筑领域的应用越来越广泛。
随着建筑设计对于材料轻量化、材料强度、材料可塑性及设计细节方面的要求越来越高，复合材料得到了越来越多的应用。
复合材料三维织造z向增强技术研究
复合材料三维织造z向增强技术研究随着科技的不断发展，复合材料在各个领域得到了广泛的应用。
其中，三维织造技术作为一种新型的制造方法，具有很高的研究价值和广阔的应用前景。
本文将从理论和实践两个方面，对复合材料三维织造z向增强技术进行深入研究。
一、理论基础1.1 复合材料的性能特点复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的新型材料。
它具有轻质、高强、高刚度、耐腐蚀、抗疲劳等优点，同时具有良好的可设计性。
这些优点使得复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域具有广泛的应用前景。
1.2 三维织造技术的原理三维织造技术是一种新型的制造方法，它通过计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术，将纤维或预制件按照设计要求进行三维排列，然后通过纺纱、编织等工艺形成织物。
与传统的二维织造技术相比，三维织造技术具有更高的生产效率和更好的产品质量。
1.3 z向增强技术的概念z向增强技术是指在三维织造过程中，通过改变纤维的排列方式，使得织物在垂直于纤维方向的方向上具有更高的强度和刚度。
这种技术可以有效地提高织物的力学性能，降低织物的断裂伸长率，从而提高织物的耐用性和使用寿命。
二、实践应用2.1 纤维材料的选择在进行三维织造z向增强技术的研究时，首先需要选择合适的纤维材料。
常用的纤维材料有碳纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维等。
这些纤维材料具有较高的强度和刚度，可以满足三维织造z向增强技术的要求。
2.2 纤维材料的预处理为了保证三维织造z向增强技术的顺利进行，需要对纤维材料进行预处理。
预处理主要包括以下几个方面：一是纤维的表面处理，如清洗、干燥、浸渍等；二是纤维的拉伸处理，如拉伸、热处理等；三是纤维的成型处理，如压缩、卷绕等。
通过预处理可以使纤维材料具有较好的形状和尺寸稳定性，为三维织造z向增强技术提供良好的基础。
2.3 三维织造z向增强技术的设计和制备在进行三维织造z向增强技术的设计和制备时，需要根据具体的应用需求和纤维材料的性能特点，选择合适的设计方案。
复合材料增强体开发进展
复合材料增强体的开发进展——纤维增强复合材料复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料。
而对结构复合材料而言，其组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，是复合材料的重要组成部分，起着提高基体强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。
而增强体按组成分类可分为纤维、颗粒、晶须或片状物等。
相比于其余类型复合材料，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。
自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使纤维增强复合材料领域呈现出一派勃勃生机。
纤维增强复合材料的纤维直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。
其中的纤维可按长短分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维。
目前用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进树脂基复合材料用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。
此外，用天然纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。
而纤维增强聚合物基复合材料的特性如下所示：1.比强度、比模量大碳纤维、硼纤维等有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度比钛合金高3-5倍，比模量比金属高4倍。
这种性能因增强的纤维排列不同会在一定的范围内浮动。
2.耐疲劳性能好金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏，而聚合物基复合材料纤维与基体的界面能阻止材料的受力所致裂纹的扩展。
因此，其疲劳破坏总能从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到结合面上，破坏前有明显的预兆。
大多数金属材料的疲劳强度极限是其拉伸强度的30-50%，而碳纤维/聚酯复合材料的疲劳强度极限可为其拉伸强度的70-80%。
热塑性复合材料增材制造工艺与装备研究进展
热塑性复合材料增材制造工艺与装备研究进展谢 为*（中国航空制造技术研究院，北京 100024）摘要：热塑性复合材料具有较高的韧性与损伤容限以及良好的抗冲击性能。
采用增材制造技术成形热塑性复合材料可实现高性能复杂构件的无模具精确成形，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。
本文介绍短切纤维增强与连续纤维增强热塑性复合材料增材制造技术的研究进展，比较不同树脂/纤维材料的成形工艺与力学性能，含有10%短切碳纤维的增材制造PEEK材料的拉伸强度达到109 MPa，模量为7.4 GPa，相比纯PEEK材料提升了85%。
对于连续碳纤维增强ABS复合材料，当纤维含量为10%左右时，拉伸强度达到147 MPa，模量为4.185 GPa，分别是纯ABS材料的5倍与2倍。
根据不同的工艺与材料体系，国内外开发的先进热塑性复合材料增材制造设备向大型化、集成化发展。
最后，从材料、设备、工艺、应用的角度对连续/短切纤维增强热塑性复材增材制造的发展趋势进行展望与建议。
关键词：热塑性复合材料；增材制造；连续纤维；短切纤维；原位固结doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000174中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)03-0001-11Research progress of additive manufacturing process and equipment forthermoplastic compositesXIE Wei*（AVIC Manufacturing Technology Institute, Beijing 100024, China）Abstract: Thermoplastic composites exhibit high toughness and damage tolerance, as well as good impact resistance. Additive manufacturing offers an effective way for making high-performance complex thermoplastic composite components without molds, which has a broad application prospect in aerospace and other fields. This article introduces the research progress of additive manufacturing process of short-cut fibers/continuous fibers reinforced thermoplastic composites. The processes and mechanical properties of different resins and fibers are compared. For the additive manufactured PEEK reinforced with 10%(volume fraction, the same below) of shortcut carbon fibers, the tensile strength and modulus can reach 109 MPa and 7.4 GPa, respectively, which is 85% higher than the pure PEEK. For the additive manufactured ABS reinforced with 10% continuous carbon fibers, the tensile strength and modulus can reach 147 MPa and 4.185 GPa, respectively, which is 5 times and 2 times of pure ABS. According to different processing routes and material systems, the equipment for fabricating advanced thermoplastic composites becomes larger and more integrated. Finally, from the material, equipment, process and application perspectives, the challenges and opportunities of thermoplastic composites by additive manufacture are identified.Key words: thermoplastic composites；additive manufacturing；continuous fibers；short-cut fibers；in-situ consolidation在航空结构设计领域，复合材料以其特有的高比强度、高比刚度、轻质高效等特性，与钛合金、铝合金、钢一起成为现代飞机设计的四大结构材料[1]。
新型复合材料制造工艺研究
新型复合材料制造工艺研究一、背景介绍新型复合材料作为目前最具发展潜力的材料之一，在航空、航天和能源等领域均有广泛应用。
而复合材料的制造工艺则关系着产品质量和生产效率的提高。
因此，对于新型复合材料制造工艺的研究是十分关键的。
二、传统复合材料制造工艺传统复合材料制造工艺主要包括手工层叠、自动化叠层、树脂浸渍、热固化和热塑性成型等步骤。
这些工艺虽然已经有了一定的成熟度，但是在生产效率和产品质量方面仍有不足之处。
三、新型复合材料制造工艺1. 纳米增强技术纳米增强技术是利用纳米材料对复合材料进行增强，从而提高其强度、刚度和耐磨性等性能。
该技术可以通过溶胶-凝胶法、电化学沉积法、氧化物复合法等方式实现。
经过纳米增强后的复合材料性能得到显著提高，同时生产效率也得到了提高。
2. 独立纺丝-电纺丝工艺独立纺丝-电纺丝是一种新型的复合材料制造工艺。
该方法采用无模压力筛板模头抽出单根纤维，再利用电纺丝把纤维交织在一起，形成一定的形状。
该工艺可以大幅度提高复合材料的抗拉强度和耐久性。
3. 高修复力加热电烤箱技术高修复力加热电烤箱技术是一种在加热过程中动态改变温度、湿度等参数的工艺，可以提高复合材料的制造效率和产品质量。
在该工艺下，复合材料的结构和性能可以得到有效控制，且可以大大缩短生产周期和提高生产效率。
四、新型复合材料制造工艺的应用前景随着新型复合材料制造工艺的不断发展和完善，其应用前景必将更加广阔。
在新能源、航空航天等领域，复合材料将会得到更加广泛的应用，成为未来发展的重要材料。
五、结论综上所述，新型复合材料制造工艺的研究对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
通过纳米增强技术、独立纺丝-电纺丝工艺、高修复力加热电烤箱技术等方法的应用，可以提高复合材料的性能和生产效率。
未来，新型复合材料制造工艺将以更高速度发展，成为材料科学领域的重要研究领域。
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复合增材制造技术研究进展杨智帆1袁张永康1袁2渊1.广东工业大学机电工程学院袁广东广州510006曰2.广东镭奔激光科技有限公司袁广东佛山528225冤摘要院在阐述了复合增材制造技术的含义及关键技术特征的基础上袁对基于机加工的复合增材制造尧基于激光辅助的复合增材制造尧基于喷丸的复合增材制造尧基于轧制的复合增材制造四种复合增材制造技术的特点与优势进行了总结袁并介绍了一种全新的激光锻造复合增材制造技术袁其可与多种增材制造复合并能有效细化晶粒尧消除缺陷和重构应力分布袁最后指出了复合增材制造技术在耦合机理尧参数优化及装备研制方面的发展趋势遥关键词院复合增材制造曰耦合工艺曰激光锻造中图分类号院TG669文献标志码院A 文章编号院1009原279X渊2019冤02原0001-07Research and Development of Hybrid Additive Manufacturing TechnologyYANG Zhifan 1袁ZHANG Yongkang 1袁2渊1.School of Electro-mechanical Engineering袁Guangdong University of Technology袁Guangzhou 510006袁China曰2.Guangdong Leiben Laser Technology Co.,Ltd.袁Foshan 528225袁China 冤Abstract 院Based on expounding the technical meaning and key features of hybrid additive manufacturing (hybrid -AM)袁the features and advantages of hybrid -AM by machining袁by laserprocessing袁by shot-peering and by rolling are summarized and analyzed.Then袁a new technology named hybrid -AM by laser forging is introduced袁which can be coupled with other AM processes and effectively refine grains袁eliminate defects and reconstruct stress distribution.Finally袁the development trend of hybrid-AM technology in coupling mechanism袁optimization of multi-processes parameters and equipment manufacturing is discussed.Key words 院hybrid additive manufacturing曰coupled processes曰laser forging收稿日期院2018-12-10基金项目院国家重点研发计划渊2017YFB1103600冤曰国家自然科学基金资助项目渊51775117冤第一作者简介院杨智帆袁男袁1993年生袁硕士研究生遥与传统去除成形方法相比袁增材制造是一种基于材料增量制造理念的技术[1]袁是一种利用CAD 模型以材料连接方式完成物体制作的过程[2]袁与减材制造相比袁增材制造通常是逐层累加进行的遥增材制造具备柔性尧快速和绿色制造等技术优势袁在航空航天尧国防工业和生物医疗方面具有重要应用前景[3-4]遥然而袁增材制造技术存在零件成形精度低尧力学性能不足等问题[5]遥针对上述技术瓶颈袁现已出现了若干种既保持增材制造技术优点又能吸收传统技术优势的复合增材制造新技术袁为解决瓶颈难题提供了新路径遥本文重点介绍复合增材制造技术的研究进展袁并根据辅助工艺的不同将复合增材制造技术分成五种不同类别袁分别进行了总结与分析袁并对复合增材制造技术的发展方向进行了展望遥1复合增材制造技术含义野复合冶一词广泛应用于制造领域袁国际生产工程科学院渊CIRP冤将野复合制造冶定义为野一种基于若干种工艺/工具/能量源同步工作尧相互作用可控且对工艺/零件性能有显著影响的技术冶[6]遥一般地袁复合增材制造以增材制造为主体工艺袁在零件制造过程中采用一种或多种辅助工艺与增材制造工艺耦合协同工作袁使工艺尧零件性能得以改进遥复合增材制造虽涉及多种工艺尧能量源袁但并不能严格达到1要要野同步工作冶袁更多地是组成循环交替的野协同工作冶遥以基于机加工的复合增材制造技术为例袁通常是完成若干层制造后袁再进行机加工袁循环交替直至完成零件制造遥当然袁部分复合增材制造技术也已达到野同步工作冶的要求袁比如华中科技大学张海鸥团队[5]尧广东工业大学张永康团队[7]各提出的复合增材制造技术的主体工艺与辅助工艺均可同步工作直至完成零件制造遥复合增材制造技术包括多工艺耦合尧协同制造尧工艺与零件性能改进三个关键技术特征袁由于涉及两种及以上工艺袁这些工艺须同步或协同工作袁并要求辅助工艺进程不能与增材制造工艺进程完全分离遥生产中袁常采用热等静压或磨粒流加工等后处理工艺袁虽可通过使内部致密化或降低表面粗糙度来提升零件性能袁但都无法与增材制造工艺构成复合增材制造技术袁这是因为从野多工艺耦合冶角度出发袁进程完全分离且只是简单的工艺叠加袁尚不属于野协同制造冶关系袁只可构成前后加工顺序关系遥2复合增材制造技术分类2.1基于机加工的复合增材制造技术基于机加工的复合增材制造技术又称为增减材制造袁其涉及增材制造与材料去除工艺的耦合袁该技术在20世纪90年代早期发展于焊接领域[8-10]袁现今主流工艺包括以直接金属沉积渊direct metal deposition袁DMD冤和选区激光熔化渊selective laser melting袁SLM冤为代表的激光增材制造工艺袁是研究工作开展最多的一种复合增材制造技术[9-31]遥在这类耦合工艺的制造过程中袁增材制造工艺每完成若干层制造后袁辅助工艺对零件表面或侧面进行机加工袁循环交替直至完成零件制造遥如此袁增材制造工艺完成零件逐层制造袁辅助工艺保证零件尺寸精度袁可共同完成具有复杂形状和内部特征且成形精度高的零件[31]袁该技术制造成形的零件见图1遥该类技术中最常用的机加工工艺是铣削[14-18]袁示意图见图2遥铣削的目的包括提高零件侧面和上表面的表面光洁度尧减少成形零件的野阶梯效应冶袁同时可为后续材料沉积提供光洁尧平整的表面袁保证以恒定层厚进行逐层制造袁提高Z轴成形精度遥Karunakaran等[14-15]研究表明袁在以电弧增材制造为主体工艺的情况下袁铣削去除焊缝表面氧化层有助于后续沉积形成更稳定的电弧和形状更一致的焊道遥与普通增材制造相比袁基于机加工的复合增材制造技术可有效提高零件成形精度袁但与零件最终尺寸精度要求仍存在一定差距袁仍需精加工处理袁且在复合制造过程中袁增材制造与机加工两种工艺需要频繁切换工序袁这无疑增加了零件生产周期与制造成本遥此外袁成形零件需要通过后续的热处理尧热等静压等工艺来消除内应力及提高致密度袁但在热处理过程中应力的重新分布会产生二次变形袁使机加工获得的尺寸精度损失殆尽袁这是该类复合增材制造技术实现工程化应用亟待解决的难题之一遥目前袁随着传感器和计算机视觉技术的进步袁利用视觉传感器结合图像处理算法实现对工艺过程的闭环反馈控制袁将有利于进一步提高基于机加工复合增材制造技术的零件成形精度与效率袁实现刀具路径规划的自动调整遥2.2基于激光辅助的复合增材制造技术基于激光辅助的复合增材制造技术涉及使用激光束对沉积材料进行辅助加工袁具体辅助工艺包括激光烧蚀渊laser erosion袁LE冤尧激光重熔渊laser remelting袁LR冤以及激光辅助等离子弧沉积渊laser-assisted plasma deposition袁LAPD冤等遥如图3所示袁激光烧蚀与机加工的效果类似袁通过去除材料获得平整的沉积层表面遥Yasa等[32-33]将SLM工艺与基于Nd:YAG脉冲激光器渊姿=1094nm冤的选择性激光烧蚀渊selective laser erosion袁SLE冤工艺耦合袁通过选择性修整表面控制沉积层厚度袁提高Z轴成形精度的同时袁表面粗糙度值可降低50%遥图1基于机加工的复合增材制造成形零件渊b冤侧面铣削图2基于铣削加工的复合增材制造技术渊a冤表面铣削铣削表面直接金属沉积铣削表面直接金属沉积2要要基于激光重熔的复合增材制造技术是利用激光作为热源使沉积材料再次熔化并凝固袁从而填充沉积层存在的孔隙以提高零件致密度[34]遥与激光烧蚀工艺使用的高能激光相比袁激光重熔通常使用较低的激光能量以防止材料蒸发遥Yasa 等[35]又将SLM 工艺与激光重熔工艺耦合袁研究了耦合工艺对零件致密度尧微观结构和表面粗糙度的影响袁结果表明耦合工艺制造零件较普通SLM 制造零件表面粗糙度有所提高袁孔隙率均值从0.77%降至0.032%袁微观下为晶粒细化的层状结构[35]袁见图4遥与激光烧蚀尧激光重熔工艺相比袁激光辅助等离子弧沉积中的激光束并不直接作用于材料袁而是为等离子弧沉积提供更多的热能遥Qian 等[36]指出袁等离子弧沉积中使用的保护气体吸收了激光能量并发生电离袁进一步提高了等离子弧能量密度并减小弧直径袁在更集中尧能量密度更高的等离子弧加热下产生更深的熔池袁进而细化零件晶粒袁使孔隙率得以降低遥基于激光辅助的复合增材制造技术灵活性高袁激光作为能量光束袁在制造过程中可提高零件成形精度尧细化晶粒尧降低孔隙率袁但其循环移动使零件经历更复杂的热历史袁陡峭的温度梯度使零件产生不均匀塑性变形袁从而在零件内产生残余应力袁降低材料疲劳性能遥该复合制造技术涉及众多工艺参数袁需要建立多目标优化的数学模型袁从而优化零件残余应力分布袁提高零件性能遥2.3基于喷丸的复合增材制造技术将喷丸与增材制造相耦合的复合增材制造技术是一个未被广泛和深入探索研究的领域袁目前仅有部分相关专利及研究文献[7袁37-45]遥喷丸是一种通过在工件表面植入一定深度的残余压应力而提高材料疲劳强度的表面强化工艺袁主要分为激光喷丸尧超声喷丸与机械喷丸袁示意图见图5遥将喷丸工艺与增材制造耦合是一种能够控形控性的复合增材制造技术袁在航空航天尧国防工业和生物医疗等方面具有重要应用前景遥Kalentics 等[43]将SLM 工艺与激光喷丸耦合袁研究了耦合工艺制造316L 不锈钢零件的残余应力分布规律袁设定参数后利用钻孔法测量了零件深度方向上的残余应力分布袁最终与SLM 制造试样尧激光喷丸试样的残余应力分布对比袁结果见图6遥可看出袁基于激光喷丸的复合增材制造技术能够通过植入更深尧更高幅值的残余应力来提高材料性能曰另激光烧蚀选区激光熔化渊a冤激光烧蚀激光重熔选区激光熔化渊b冤激光重熔激光辅助等离子弧沉积渊c冤激光辅助等离子弧沉积图3基于激光辅助的复合增材制造技术渊b冤基于激光重熔复合增材制造工艺图4不同工艺下成形零件微观组织200滋m渊a冤选区激光熔化工艺200滋m渊c冤机械喷丸图5基于喷丸的复合增材制造技术激光喷丸选区激光熔化渊a冤激光喷丸选区激光熔化超声喷丸渊b冤超声喷丸机械喷丸选区激光熔化3要要图7基于轧制的复合增材制造示技术轧辊直接金属沉积外袁从实验结果可推测出后续沉积带来的热载荷并未完全释放掉残余压应力袁这可能是由于SLM 工艺较DMD 工艺热影响区域更小袁而在DMD 工艺中是否会释放更多残余压应力则有待探索遥较其他复合增材制造技术而言袁基于超声喷丸的复合增材制造技术是一种低成本尧快速提高零件性能的方法袁可与多种增材制造工艺相结合遥Achutan 等[44]将SLM 工艺与超声喷丸耦合袁研究了耦合工艺对镍基合金和不锈钢零件性能的影响袁结果表明该耦合工艺制造的零件较普通SLM 工艺屈服强度提高袁且微观组织得到了细化遥机械喷丸作为应用最成熟而广泛的喷丸强化技术袁在与增材制造组成耦合工艺时却存在一些挑战遥例如袁机械喷丸的丸粒直径较增材制造粉末颗粒大数个数量级袁需要额外的工序进行清除袁以避免材料污染遥对此袁Sangid 等[45]提出野细粒喷丸渊fine particle shot peening袁FPSP冤冶概念袁使用增材制造材料粉末AlSi10Mg 作为喷丸介质袁避免了材料污染问题袁但因喷丸介质强度和硬度不够而使撞击产生较小的冲击压力袁形成的残余压应力被后续释放遥工艺制造中袁由于完成若干层沉积后再进行喷丸强化袁其塑性变形小袁难以消除沉积层内部的气孔尧缩松尧微裂纹等内缺陷遥事实上袁基于喷丸的复合增材制造技术尚处于早期研究袁其工艺机理还需继续深入探索研究遥2.4基于轧制的复合增材制造技术在增材制造过程中袁熔池形状和体积的不稳定以及热源反复加热造成的复杂热历史袁使零件存在成形精度不足和热应力残余的问题袁而基于轧制的复合增材制造技术可有效解决这些问题遥如图7所示袁这种方法不仅能够提高零件力学性能袁还可在不去除材料的前提下保证成形零件的尺寸精度遥Colegrove 等[46-49]将丝材电弧增材制造渊wire arcadditive manufacturing袁WAAM冤工艺与轧制工艺耦合袁制造一层尧轧制一层袁循环交替直至完成零件制造遥研究结果显示袁相较于WAAM 工艺袁这种耦合工艺成形零件变形减小尧拉应力减少尧晶粒细化且力学性能提高袁极限强度尧硬度和延伸率均高于同等铸造件遥张海鸥等[50-54]提出了熔积-轧制耦合工艺袁在半熔融区利用微型轧辊对高温沉积层进行压缩加工袁可减少成形零件表面的阶梯效应袁提高成形零件尺寸精度袁见图8遥这种方法可减少后续加工余量袁且由于熔积与轧制工艺同步进行袁有效提高制造效率袁同时该工艺制造的零件拉伸强度可提高33%遥然而袁面对复杂形状零件制造时袁基于轧制的复合增材制造工艺无法压缩处理零件局部特征遥因此袁提高轧辊的柔性处理能力显得尤为重要遥2.5激光锻造复合增材制造技术激光锻造复合增材制造技术[7]是张永康团队在长期研究激光喷丸的基础上提出的新方法袁其实质是两束不同功能的激光束同时且相互协同制造金属零件的过程遥如图9所示袁第一束连续激光进行增材制造袁与此同时第二束短脉冲激光渊脉冲能量10~20J尧脉冲宽度10~20ns冤直接作用在高温金属沉积层表面袁金属表层吸收激光束能量后气化电离形成冲击波袁利用脉冲激光诱导的补充冲击波渊峰值压力为GPa 量级冤对易塑性变形的中高温度区进行野锻造冶袁增材制造工艺与激光锻造工艺同步进行袁直至完成零件制造遥激光锻造使沉积层发生塑性形变袁消除了沉积层的气孔和热应力袁提高了金属零件的内部质量和力学性能袁并有效控制宏观变形与开裂问题遥该复合增材制造技术中的辅助工艺激光锻造虽然源于激光喷丸袁但是有重大区别遥第一袁冲击波激发介质不同院激光喷丸一般需要吸收保护层和约束层袁吸收保护层表层吸收激光能量后气化电离形成冲击波袁气化层深度不足1滋m曰激光锻造无需吸图6不同工艺下零件残余应力分布对比残余应力表面处理压应力拉应力SPLSP3D LSPSLM 图8不同工艺下零件高度方向成形误差对比0.00.40.81.21.62.02.42.8024681012141618沉积层数量平轧无平轧4要要收保护层和约束层袁激光束直接辐照中高温沉积层袁金属吸收激光能量气化电离形成冲击波袁由于增材制造是逐层累积进行的袁每一层不足1滋m 的气化层厚度对零件的尺寸和形状没有影响遥第二袁作用对象不同院激光喷丸一般是对常温零件的强化处理曰激光锻造是对中高温金属的冲击锻打遥第三袁主要功能不同院激光喷丸主要功能是改变残余应力状态袁其次是改变微观组织袁难以改变材料原有的内部缺陷曰激光锻造主要功能是在中高温下消除金属沉积层内部的气孔尧微裂纹等缺陷袁提高致密度与机械力学性能袁其次是改变残余应力状态遥由于激光锻造的灵活性和可控性袁其可以与多种增材制造复合并能有效细化晶粒尧消除缺陷和重构应力分布袁为解决高性能金属增材制造的野热应力与变形开裂冶与野内部质量与力学性能冶的共性基础难题提供新的途径袁富有创造性尧新颖性和工业实用性袁已申请国内与国际发明专利保护遥3结束语复合增材制造技术理念先进尧技术可行袁并表现出成形精度高尧性能提高大等技术优势袁逐渐得到了国内外学者的广泛关注遥本文阐述了复合增材制造技术含义及其关键技术特征袁对各种复合增材制造技术进行了工艺分析和技术总结遥为了促进复合增材制造工艺理论研究和工程推广应用袁今后工作应在以下方面寻求进一步突破院渊1冤复合增材制造技术涉及多工艺耦合协同工作袁制造过程中主体工艺与辅助工艺相互约束且工艺参数众多遥对工艺耦合机理进行深入探索袁并建立数学模型进行多工艺参数优化是复合增材制造技术研究亟待解决的主要问题遥渊2冤复合增材制造装备需要多套工艺装备配合完成制造遥但目前复合增材制造装备存在自动化程度低尧缺乏针对性工业控制软件等问题袁且制造过程中缺乏传感器进行工艺参数的监控遥提高装备硬件和软件的自动化水平袁应用传感器实时收集数据以建立闭环反馈控制系统是复合增材制造装备的重要发展方向遥参考文献院[1]GU D D袁MEINERS W袁WISSENBACH K袁et seradditive manufacturing of metallic components院materials袁processes and mechanisms [J].International materials reviews袁2012袁57渊3冤院133-164.[2]卢秉恒袁李涤尘.增材制造(3D 打印)技术发展[J].机械制造与自动化袁2013袁42渊4冤院1-4.[3]王华明.高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J].航空学报袁2014袁35渊10冤院2690-2698.[4]ZHANG 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