巩水利增材制造技术发展
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Additive Manufacturing (AM or 3D Printing)：
——是人类通过对物质可控的动态累积以逼近目标形体的一种生产 过程；是与材料去除成形、受迫成形等对应的科学技术体系；是以 “堆积”为共同特征的技术群。
一、 The third industrial revolution ?!
Aerospace
高性能金属零件直接增材制造技术的发展，为航空航天产品从产品设计 、模型和原型制造、零件生产和产品测试都带了新的思想和技术途径， 有望大幅缩短航空航天产品的研发和生产周期
the development of direct manufacturing technology of performance parts, new ideas and technical approach are brought into product design, model and prototype manufacturing, parts manufacturing and product testing, which is expected to significantly shorten the research and development cycle of aerospace production.
Solving the manufacturing problems for difficultmachining materials 。例如，德国EOS公司开发的选区激 光烧结（SLS）增材制造装备可成形传统工艺（注塑、挤塑） 难加工的耐高温塑料
利用基于粉材的激光烧结工艺可成形复杂高精度零部件，力 学性能较尼龙等塑料高出1倍（拉伸强度达95MPa，杨氏模量 达4400MPa）
SLS
Cast
增材制造大型复杂发动机机匣铸造熔模（直径1.2米原来 激光近成形的叶片
需要机加工或模具压制多个局部结构，然后拼接成整体， （Optomec公司），传统
精度难以控制，工序繁琐，周期长，增材制造方法精度 铸锻，均需制造复杂模具，
高、整体成形、周期短。
增材制造实现自由成形
一、Development history of AM technology
特别是具有优异的耐高温性能，可连续服役于180摄氏度的 动态力学场合、240摄氏度的静态力学场合以及260摄氏度电 气场合等
三：Development and trends of International AM
Repairing and re-manufacturing high temperature parts。以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技 术为代表，已应用于机械、能源、船舶等领域核心、高附 加值零部件的快速修复
激光近净成形（LNSF） 金属粉末
电子束选区熔化（EBSM） 金属粉末
电子束熔丝沉积（EBFFF ）
分层实体制造（LOM）
金属丝材 片材
立体喷印（3DP）
光敏树脂、粘接剂
Characteristics
精度高；表面质量好
成形材料广泛、应用 范围广等 可直接制造高性能复 杂金属零件 零件强度高、系统成 本低 成型效率高、可直接 成形金属零件 可成形难熔材料
美国AeroMet公司应用于F15等
战斗机机翼梁修复
(a)
(b)
英国Rolls-Royce公司用于航
2012年3月，美国白宫宣布振兴美国制造的新举措，将投资10亿美金帮 助美国制造体系的改革，鼓励优先发展增材制造为代表的数字化制造 技术；在全国范围筹建多个研究与企业联盟
英国政府自2011年开始持续增大对增材制造技术的研发经费，目前已 在多个大学建立了增材制造研究中心
德国建立了直接制造研究中心，主要研究和推动增材制造技术在航空 航天领域中结构轻量化方面的应用
Additive Manufacturing Technology and Its Effect on Manufacturing of China
中国航空工业集团公司 北京航空制造工程研究所
BAMTRI,AVIC. 巩水利
Prof. Dr. GONG Shuili
2014.05.29.，Beijing
Industry chain of AM
Material
母合金、中间合金、金属冶炼、粉末 、金属丝材、材料检测、材料储运
Equipment
激光器、电子枪、成形软件、机电控制 、传感器、机床、装备集成、真空器件 、气体循环器件、冷却系统
Manufacturing
post-treatment
USER
and services
热成型
砂型铸造
金属镀层
设计验证和测试 反复设计和优化 成型、装配和功能性测试
Production and manufacturing
生产与制造
直接制造零件
EDM电极
Small batch production, mass production 批量生产
失蜡铸造
吹塑制模
European and American countries have increased their support, and made the national strategies and plans for additive manufacturing development; It has draw more attention of government, research institutions, enterprises and the media.
产品研制、工艺开发等、委托 加工
机械加工、热处理、表面处 理、无损检测、性能测试、 生物陶瓷、净化
Additive manufacturing has a long industry chain, and improves
the technology and economy.
4.4 国际发展现状
三：Development and trends of International AM
快速原型 /快速成形
快速工具 /模具/铸型
快速成形 直接制造
一、Major use
Verification and presentation
of concept 概念验证和呈现
工业设计
产品设计
Design verification and test
Molding and secondary operations 制模与二次操作
社会化制造 那么每个人都可以成为一个工厂 它将改变制造商品的方式 并改变世界的经济格局 进而改变人类的生活方式
一、 Strategic significance of AM for China
可成为我国制造业自主创新的有效手段； 符合绿色制造发展方向，有利于制造业的可持续发展； 可促进传统制造技术水平的提升，促进制造与服务融合发展； 有望培育新兴产业、优化产业结构、促进产业升级。 An effective way for independent innovation of manufacturing industry
Reshaping the global manufacturing competition structure
上世纪美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业” 英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推
动实现第三次工业革命”
Change the production and life mode in the future
英国南安普顿大学设计并利用增材制造技术制造了世界上第 一架“3D打印”无人驾驶飞机，最高时速达100多公里
世界上第一辆“3D打印”赛车“阿里翁”，已在德国的霍根 海姆赛道完成测试，时速达141公里
Europe have carried out extensive esearch
“ Rapid manufacturing center of large aerospace parts ” ， has been established in 2007 Additive manufacturing of small and precise structure keeps ahead of the world.
4.4 国际发展现状
三：Development and trends of International AM
Direct manufacturing of performance parts. Performance is close to the traditional process; Applied in some complicated conditions.
for China Compliance with the green manufacturing development, and conducive
to the sustainable development of manufacturing industry; Promote the upgrading of traditional manufacturing technology, and the fusion development between manufacturing and service; Expected to cultivate new industries, optimize the industrial structure and promote industrial upgrading
西班牙也启动了增材制造专项，研究增材制造共性技术、材料、技术 交流及商业模式等内容
日本一直重视增材制造技术，研制和应用水平走在了亚洲前列
三：Development and trends of International AM
Clear development ideas
Basic research →Standard setting → Industry applications → Industrial Development
成形速度快、精度不 高 成形速率高、性能不 高 喷粘接剂时强度不高 、喷头易堵塞
Applications
航空航天、生物医 学等 制作复杂铸件用熔 模或砂芯等 用于航空航天、珠 宝首饰、模具等 汽车、工艺品等
航空领域
航空航天、医疗、 石油化工等 航空航天高附加值 产品制造 用于新产品外形验 证 制造业、医学、建 筑业等的原型验证
目录 内容提要
1 Introduction 2 Technical methods and means
3 Development of International
4 Domestic technology developments 5 Disparity and suggestions
一、Introduction
航空发动机机匣
大型运输机舱体壁板结构
三：Development and trends of International AM Clear development projects
Research plan of electron beam rapid prototyping made by American NASA
塑料挤塑
环氧制模
二、Technical methods and means：Major process
Technology
光固化成形（SLA）
Material
液源自文库树脂
激光选区烧结（SLS） 激光选区熔化（SLM）
高分子、金属、陶 瓷、砂等粉末材料
金属或合金粉末
熔融沉积制造（FDM）
低熔点丝状材料
空客、 罗·罗、 EADS 等 公 司 的飞机及发 动机上已有 大量应用。
意大利AVIO公司电子束选区熔化生产线拥有 13台设备； 英国罗·罗公司正在建立拥有30台设备的电子 束选区熔化生产线。
大推力涡扇发动机钛铝合金 三四级涡轮叶片
三：Development and trends of International AM
——是人类通过对物质可控的动态累积以逼近目标形体的一种生产 过程；是与材料去除成形、受迫成形等对应的科学技术体系；是以 “堆积”为共同特征的技术群。
一、 The third industrial revolution ?!
Aerospace
高性能金属零件直接增材制造技术的发展，为航空航天产品从产品设计 、模型和原型制造、零件生产和产品测试都带了新的思想和技术途径， 有望大幅缩短航空航天产品的研发和生产周期
the development of direct manufacturing technology of performance parts, new ideas and technical approach are brought into product design, model and prototype manufacturing, parts manufacturing and product testing, which is expected to significantly shorten the research and development cycle of aerospace production.
Solving the manufacturing problems for difficultmachining materials 。例如，德国EOS公司开发的选区激 光烧结（SLS）增材制造装备可成形传统工艺（注塑、挤塑） 难加工的耐高温塑料
利用基于粉材的激光烧结工艺可成形复杂高精度零部件，力 学性能较尼龙等塑料高出1倍（拉伸强度达95MPa，杨氏模量 达4400MPa）
SLS
Cast
增材制造大型复杂发动机机匣铸造熔模（直径1.2米原来 激光近成形的叶片
需要机加工或模具压制多个局部结构，然后拼接成整体， （Optomec公司），传统
精度难以控制，工序繁琐，周期长，增材制造方法精度 铸锻，均需制造复杂模具，
高、整体成形、周期短。
增材制造实现自由成形
一、Development history of AM technology
特别是具有优异的耐高温性能，可连续服役于180摄氏度的 动态力学场合、240摄氏度的静态力学场合以及260摄氏度电 气场合等
三：Development and trends of International AM
Repairing and re-manufacturing high temperature parts。以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技 术为代表，已应用于机械、能源、船舶等领域核心、高附 加值零部件的快速修复
激光近净成形（LNSF） 金属粉末
电子束选区熔化（EBSM） 金属粉末
电子束熔丝沉积（EBFFF ）
分层实体制造（LOM）
金属丝材 片材
立体喷印（3DP）
光敏树脂、粘接剂
Characteristics
精度高；表面质量好
成形材料广泛、应用 范围广等 可直接制造高性能复 杂金属零件 零件强度高、系统成 本低 成型效率高、可直接 成形金属零件 可成形难熔材料
美国AeroMet公司应用于F15等
战斗机机翼梁修复
(a)
(b)
英国Rolls-Royce公司用于航
2012年3月，美国白宫宣布振兴美国制造的新举措，将投资10亿美金帮 助美国制造体系的改革，鼓励优先发展增材制造为代表的数字化制造 技术；在全国范围筹建多个研究与企业联盟
英国政府自2011年开始持续增大对增材制造技术的研发经费，目前已 在多个大学建立了增材制造研究中心
德国建立了直接制造研究中心，主要研究和推动增材制造技术在航空 航天领域中结构轻量化方面的应用
Additive Manufacturing Technology and Its Effect on Manufacturing of China
中国航空工业集团公司 北京航空制造工程研究所
BAMTRI,AVIC. 巩水利
Prof. Dr. GONG Shuili
2014.05.29.，Beijing
Industry chain of AM
Material
母合金、中间合金、金属冶炼、粉末 、金属丝材、材料检测、材料储运
Equipment
激光器、电子枪、成形软件、机电控制 、传感器、机床、装备集成、真空器件 、气体循环器件、冷却系统
Manufacturing
post-treatment
USER
and services
热成型
砂型铸造
金属镀层
设计验证和测试 反复设计和优化 成型、装配和功能性测试
Production and manufacturing
生产与制造
直接制造零件
EDM电极
Small batch production, mass production 批量生产
失蜡铸造
吹塑制模
European and American countries have increased their support, and made the national strategies and plans for additive manufacturing development; It has draw more attention of government, research institutions, enterprises and the media.
产品研制、工艺开发等、委托 加工
机械加工、热处理、表面处 理、无损检测、性能测试、 生物陶瓷、净化
Additive manufacturing has a long industry chain, and improves
the technology and economy.
4.4 国际发展现状
三：Development and trends of International AM
快速原型 /快速成形
快速工具 /模具/铸型
快速成形 直接制造
一、Major use
Verification and presentation
of concept 概念验证和呈现
工业设计
产品设计
Design verification and test
Molding and secondary operations 制模与二次操作
社会化制造 那么每个人都可以成为一个工厂 它将改变制造商品的方式 并改变世界的经济格局 进而改变人类的生活方式
一、 Strategic significance of AM for China
可成为我国制造业自主创新的有效手段； 符合绿色制造发展方向，有利于制造业的可持续发展； 可促进传统制造技术水平的提升，促进制造与服务融合发展； 有望培育新兴产业、优化产业结构、促进产业升级。 An effective way for independent innovation of manufacturing industry
Reshaping the global manufacturing competition structure
上世纪美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业” 英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推
动实现第三次工业革命”
Change the production and life mode in the future
英国南安普顿大学设计并利用增材制造技术制造了世界上第 一架“3D打印”无人驾驶飞机，最高时速达100多公里
世界上第一辆“3D打印”赛车“阿里翁”，已在德国的霍根 海姆赛道完成测试，时速达141公里
Europe have carried out extensive esearch
“ Rapid manufacturing center of large aerospace parts ” ， has been established in 2007 Additive manufacturing of small and precise structure keeps ahead of the world.
4.4 国际发展现状
三：Development and trends of International AM
Direct manufacturing of performance parts. Performance is close to the traditional process; Applied in some complicated conditions.
for China Compliance with the green manufacturing development, and conducive
to the sustainable development of manufacturing industry; Promote the upgrading of traditional manufacturing technology, and the fusion development between manufacturing and service; Expected to cultivate new industries, optimize the industrial structure and promote industrial upgrading
西班牙也启动了增材制造专项，研究增材制造共性技术、材料、技术 交流及商业模式等内容
日本一直重视增材制造技术，研制和应用水平走在了亚洲前列
三：Development and trends of International AM
Clear development ideas
Basic research →Standard setting → Industry applications → Industrial Development
成形速度快、精度不 高 成形速率高、性能不 高 喷粘接剂时强度不高 、喷头易堵塞
Applications
航空航天、生物医 学等 制作复杂铸件用熔 模或砂芯等 用于航空航天、珠 宝首饰、模具等 汽车、工艺品等
航空领域
航空航天、医疗、 石油化工等 航空航天高附加值 产品制造 用于新产品外形验 证 制造业、医学、建 筑业等的原型验证
目录 内容提要
1 Introduction 2 Technical methods and means
3 Development of International
4 Domestic technology developments 5 Disparity and suggestions
一、Introduction
航空发动机机匣
大型运输机舱体壁板结构
三：Development and trends of International AM Clear development projects
Research plan of electron beam rapid prototyping made by American NASA
塑料挤塑
环氧制模
二、Technical methods and means：Major process
Technology
光固化成形（SLA）
Material
液源自文库树脂
激光选区烧结（SLS） 激光选区熔化（SLM）
高分子、金属、陶 瓷、砂等粉末材料
金属或合金粉末
熔融沉积制造（FDM）
低熔点丝状材料
空客、 罗·罗、 EADS 等 公 司 的飞机及发 动机上已有 大量应用。
意大利AVIO公司电子束选区熔化生产线拥有 13台设备； 英国罗·罗公司正在建立拥有30台设备的电子 束选区熔化生产线。
大推力涡扇发动机钛铝合金 三四级涡轮叶片
三：Development and trends of International AM