累积制造 (AM),即材料的逐步形成,最近已成为连续生产的一种选择。目前,包括重要的工程材料钢、铝和钛在内的多种金属材料可以重新用于具有不同截面的全厚材料。本综述文章描述了 AM 工艺、微观结构和材料性能之间的复杂关系。它解释了激光束熔化、电子束熔化和激光金属沉积的基础知识,并介绍了不同工艺的商用材料。然后,介绍了增材制造钢、铝和钛的典型微观结构。特别关注了 AM 特定的晶粒结构,这些结构是由复杂的热循环和高冷却速率产生的。增材制造从快速原型设计转变为快速制造应用。这不仅需要对工艺本身有深入的了解,还需要对工艺参数产生的微观结构以及材料截面有深入的了解。在众多可用技术中,只有一种工艺适合生产满足制造条件的金属层。本文详细研究了目前制造适用性最高的三种累积制造技术,即激光束熔化 (LBM)、电子束熔化 (EBM) 和射线源沉积 (LMD),其工艺、微观结构和颗粒之间的关系。累积制造重复使用的材料与使用传统系统重复使用的相同材料相比,通常具有截然不同的颗粒。
通过引入最新的处理方法来证明其在众多领域的潜力。这项技术的显着增长部分是由于其制造零件的能力所推动的,这些零件在各个行业中都可以具有性能和商业利用。金属AM工艺的适应性促使了各个行业的创新,其应用涵盖了防御,航空航天,医疗,牙科,汽车和油气领域的应用。每个行业都受益于金属AM的独特能力;例如,现在可以实现材料效率,设计灵活性,减少交付时间以及通过传统方法无法实现的轻质和复杂结构的创建。因此,本评论文章分析了金属AM,描述了其类型,技术挑战,环境和业务考虑,能源消耗,应用和未来趋势。最初,本文介绍了金属AM的主要类别,详细阐述了其机制和工作原则,后来,它重点关注金属AM的工业贡献,技术挑战和业务考虑。这项技术的前景突出了新兴的材料和技术,例如机器学习(ML)和人工智能(AI),以预测缺陷,优化过程参数并提高产品质量。此外,正在讨论高级材料(例如高熵合金(HEAS))以扩大AM零件的功能。Metal AM通过在行业中提供自定义,效率和可持续性来塑造制造业的未来。本文旨在提供对金属AM的一般理解,同时强调关键的技术进步和未来的研究方向,以进一步扩展其在各个部门的应用。
定义:添加剂制造(AM)是制造工艺家族的名称,其中材料连接以从3D建模数据中制作零件,通常以层次的方式进行。am在生产最终用途零件的工业采用中正在迅速增加,因此,这推动了设计,过程和生产技术的成熟。机器学习(ML)是与培训计划有关的人工智能的分支,并在各个领域(例如计算机视觉,预测和信息检索)应用。AM所面临的许多问题可以归类为其中一个或多个应用领域。研究表明,ML技术可以有效地改善AM设计,过程和生产,但是工业案例研究有限,可以支持这些技术的进一步发展。
由液态金属(LM)液滴组成的软,多功能复合材料的材料挤出(MEX)可以为从软机器人到可拉伸电子设备的一系列应用提供高度量身定制的性能。但是,了解LM墨水流变性和打印过程参数如何在MEX处理过程中重新配置LM液滴形状,以实现对属性和功能的原位控制。在此,确定这些复合材料的MEX期间哪个控制LM微结构,确定了哪些控制LM微结构。评估这些参数的相互作用和相互依赖性,并通过系统地调整每个单独的参数,将几乎球形的LM液滴转化为高度伸长的椭圆形形状,平均纵横比为12.4。的材料和过程关系是为LM墨水建立的,该墨水表明,在MEX期间,应实现从球形到椭圆形形状的LM微结构编程的墨水粘度阈值。此外,发现LM液滴上的薄氧化物层在液滴形状的重新配置和保留中起着独特而关键的作用。最后,提出了基于材料和过程参数的两个定量设计图,以指导MEX添加剂制造策略,用于调整LM-Polymer Inks中的液滴体系结构。这项研究所获得的见解实现了材料和制造的知情设计,以控制新兴的多功能软复合材料的微观结构。
Exaddon的Ceres µAM系统通过局部电沉积打印高电导金属对象。该系统将直接在预预生使的芯片和Micropcb上打印独立的结构,例如支柱,针和线圈。打印在室温下发生,不需要后处理,并且与IC和PCB制造步骤兼容。分辨率为<1 µm,结构可以以微米精度位于印刷表面上。可能的纵横比为100:1。应用包括半导体探针测试,神经接口/BCIS和MMWAVE/5G/THZ组件。
摘要:航空航天行业中金属添加剂制造(AM)的主要优点是整合;减少交货时间,以强大的强度对(s:w)比很容易构建复杂的结构;生产按需零件,库存降低,不确定性和供应链成本的生产。Ti6al4v和镍基合金是航空航天零件的常用材料。基于地面的AM为航空航天取得了巨大进步。AM有可能开发用于通用航空,飞机,导弹和较少巨大卫星系统的零件。这项研究介绍了AM优势,AM的技术,AM的材料和应用以及航空航天行业的研究进度;涉及AM的最新技术及其航空航天的趋势;并强调了它的挑战和未来的研究。关键字:添加剂制造(AM),航空航天,人工智能(AI),直接能量沉积(DED),粉末床融合(PBF),缺陷,残余压力,供应链简介
通过添加剂制造的多元素元素合金(MPEA)的表面工程最近引起了人们对可以实现的非凡材料特性范围的显着关注。在确定制造各种成分合金的最佳加工参数方面存在挑战,它们是构成沉积材料的质量的。尽管如此,只有有限的模型可以预测处理参数的初始参数窗口。使用Alcocrfeni MPEA作为激光金属沉积的测试床,我们提出了一个将材料特性与加工变量相关的框架,从基本分子模拟和元神象优化方法中偶联预测预测。构建了一组无量纲的目标函数,以将元素差异和原子半径连接到宏观过程参数,即冷却速率,能量密度和粉末沉积密度。我们的结果表明,当MPEA由于形成晶体点缺陷而在固体时假设晶体相位,而在快速冷却过程中,二氮的固定速率在固体时假设晶体相时,差异均与冷却速率呈指数变化。然而,在合金的无定形相中缺乏这些缺陷,使元素差异系数没有不同的冷却速率的定义相关性。通过多目标杜鹃搜索的选择,我们构建了一个帕累托正面,以识别处理变量的最佳值,这些值与文献中对复杂合金的激光覆层所采用的参数一致。
据称,Sapphire 激光粉末床熔融 (LPBF) 金属 AM 系统专为大批量生产而设计。它包括一个直径 315 毫米、高 400 毫米的构建包络,配备双 1 kW 激光器操作。为了实现卓越的部件间一致性,Velo3D 报告称,Sapphire 的集成原位工艺计量技术可实现闭环熔池控制,据称这是同类产品中的首创。据称,该系统能够构建复杂的几何形状,并允许设计出无支撑的悬垂度低至五度,以及高达 40 毫米的大型无支撑内径。据报道,最小特征尺寸和壁厚低于 250 µm。为了最大限度地提高生产率,Sapphire 系统包含一个可实现自动切换的模块,使新的打印能够在 15 分钟内无需操作员参与即可开始。
大批量生产 零件尺寸小意味着有足够的空间同时打印大量组件。对于 Digital Metal 来说尤其如此。我们的高精度工艺不需要任何支撑结构,也不涉及任何热传递,这意味着我们能够密集地包装构建箱。要打印的零件之间所需的间距小于 1 毫米。零件可以多层堆叠放置。无需支撑结构的打印还可以最大限度地减少浪费和后处理,从而加快生产过程。高生产率解释了为什么 Digital Metal 如今是世界上首批供应大量 3D 打印产品的服务提供商之一。