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主题:对3D打印的玄想:首先应该正名为:精密积造 -- 鸿乾

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  • 家园 对3D打印的玄想:首先应该正名为:精密积造

    3D打印是沿袭打印而来的,现在已经成为有碍于发展的名词,成为混淆的源泉之一,因此,应该尽早正名。我的建议是:精密积造,或者精密塑造。是否还有更好的名称?我还建议,如果在西西河这里想好了名称,请大家向外推荐,使得大家都用正确的名称。所谓名不正,则言不顺。正确的名称是重要的。如果成了,也就成为西西河的功德了。

    这是和铸造,锻造等既往的制造方法对应的,是一种全新的制造方式。这种制造方式,恐怕是今后的制造业的主力方向。推荐大家看王教授的讲演:外链出处

    其中实质上提到他们用这种精密积造方法制造了J20的主力结构钛合金部件。这是非常不容易的,也是非常好的进展,是中国人的首创。

    因此,来玄想一些这方面的事情。

    第一,控制3维空间中的位置精确到100微米级别,已经不是什么困难的事情,因此可以用积层的方式来制造。这个瓶颈已破。但是,更高精度的位置控制,恐怕还是很难的。10微米级别,微米级别,恐怕也是需要的,如果要提供制造部件的质量。请看第二个玄想。

    第二,积层是相对容易的。但是,积层后的融熔,或者其他的紧密结合方式,就相当不容易了。目前采用激光做融熔,恐怕也就是对某些金属才可以,例如高抗氧化的等等。我猜想,不能做铝材质的,虽然他们有不错的惰性气体保护。那么紧密结合的方式就是一个瓶颈。而且这个紧密结合要求控制位置的精度比积层的更高。

    第三,金属在熔融之后,就产生一个自由边界的流体,或者类流体。猜想,整个制造过程和制造结果和怎么处理这种流体(类流体)有很大的关系。我猜想,能够好处理这一小块流体,是中国能够做成而美国没有做成的最核心点。我不是专家,仅是猜测。如果是这样,那么中国就应该集中一批物理数学专家,来研究这种流体(类流体),把这个东西研究透,然后就好调控了,后面的制造就好做了,就有根据了。

    第四,就是对金属材质的积造的瓶颈破了,还仅是积造的第一步发展。以后将发展多材质的制造。例如,一个部件里面,嵌入一条电线,用来做各种用途。这样的部件,用现有方式很难制造。如果能够用多材质的积造,就比较容易了。

    第五,更进一步的发展是从固体的积层到液体的积层。这样设想,液滴在精确电磁场力的作用下,积层到部件上,适当降温结合,然后再积层,一直到部件完成。这样的制造过程,将可以极大提升产品的品质。特别是,如果能够做多材质,就将非常有用。例如发动机叶轮盘,叶片内部有降温液管道,用这种方法来生成,就比较有效。再例如,可以做到发动机叶轮盘和片外部是抗高温的陶瓷晶体,而内部是高强度的合金,等等。

    第六,王教授也讲了,在他们的技术成功后,激光器就成了核心的东西了。但是,还是有若干核心技术掌控在人家的手上。因此,国家需要组织这些方面的协同攻关。其实,积层后的熔融,应该还有其他手段,例如超声加热等。因此各个相应的方面都需要相应攻关。总之,想积层制造这样的制造手段,将全面脱离传统的制造方式,而成为极高精尖的制造方法,要掌握这样的制造方式,必须全面掌握相应的物理化学数学过程,以前的那些逐渐积累的点滴知识,恐怕有过时的趋势。全面掌握相关物性的理论将更加重要。

    第七,这种制造对高性能计算必然提出了非常高的要求。设想一下,控制相应的液滴在精确电磁力的作用下积层起来,需要什么样的计算能力?而且计算相应的应力分布,包括即将产生的各自应力分布,以及产生相应的消解应力的加热措施(如果使用超声加热,或许可以做到点加热),又需要什么样的计算能力?

    这样看来,精密积造的确是目前和近未来的高科技高竞争空间。可能成为颠覆性的。那样,以前西方积累的工业经验,很可能过时。如果中国能够把握好,就可以一步跨越。王教授他们的东西非常好,但仅是开端。中国有了好的开端,会有好的后来吗?这就是问题。

    这些都是玄想,想着好玩,说着好玩的。对这些事情,我是真不懂。如果真的对事情有些好的预测,个人感到荣幸。如此如此。要批评批判都是好的。不过请缓和一些就好。

    最后,是否英文的术语也需要做一改变,从additive manufacture改成什么?

    通宝推:黑传说,
    • 家园 GE的3D喷涂,正是这样的精密积造

      外链出处

      冷喷爆破金属粒子通过类似枪一样的设备喷出,速度超过每小时2200英里。过程中没有焊接,避免了部件的再加热(这一过程会让其中一些部件会失去力量),也不需要加工(以低效率的方式操作材料)。过程是全自动的,在氮气和氦气流中炼出镍合金。根据通用电气的说法,这一过程材料混合,以“镜像原始部分的属性”排列。

      公司自2004年一直在慕尼黑研究中心研究冷喷技术。德国政府、德国科技公司和汉堡的赫尔穆特施密特大学都为研究做出了贡献。

      这恐怕还是用金属丸来喷涂。就不知道金属丸的尺寸。我猜想,这条路走下去,可能以后就不是用金属丸,而是用金属蒸汽,用类似于半导体加工的方式来做了。这样,恐怕需要重新取个名,我看恐怕就是分子积造了。

    • 家园 热处理,化学处理怎么办

      钢铁材料成型后还需要热处理或化学处理,比如淬火,回火,调质,渗碳,碳氮共渗。而且热处理又有根据不同处理深度采取工频,中频,高频的差别。

    • 家园 登月的时候带上一台3D打印机

      1.先打印一套太阳能供电系统,保障最初的能源供给。

      2.然后打印微型冶金工厂和配套的挖金子车。

      3.下面修个兵营。。哦,错了,还是修个核电站吧,反正没有敌人。

      4.完善煤铁复合体。

      5.打印供人类居住的月球基地,建立月球殖民地。

      6.打印兵工厂和各种武装设备。

      7.宣布月球独立。。。。

      • 家园 未来就应该这样

        因为外星环境不适合人类居住,所以,个人觉得与其发展载人技术,还不如发展机器人技术,让机器人殖民外星。

        登月时,带上“盘古”机器人,还有用于打印用的“息壤”,然后打印能源系统和挖矿冶炼系统,建立初步的生产线。

        然后,这个生产线不断挖矿,冶炼系统不断冶炼出各种物质,然后让盘古生产成别的专业设备……

        最后开始制造更多的工业机器人,火箭,盘古,然后殖民其他星球。

      • 家园 打印的耗材

        怎么整?

        • 家园 太空开发的最佳流程

          1.寻找一颗金属小行星。

          2.发射一套3D打印设备以及一套3D墨盒,提供初始原料和小行星上没有的基本原料。

          3.打印一套mini金属开采冶炼分离封装设备,为3D打印设备提供后继的原料。

          4.以金属小行星为基础,打印太空工厂。

          5.利用太空工厂生产一系列设备,然后打包空投月球。空投地点必须富含各种金属元素。先空投的国家先发展,后来的就没机会了。

          6.利用月球原料,建立材料能源的复合体。

          7.人类进驻月球。

          这是俺自认为的最佳流程,也就是天宫之后的太空开发步骤。

    • 家园 郭台铭已经对3D打印质疑了。

      无法大规模使用。

    • 家园 关于精密积造的最新消息

      消息都是好消息。不过这里的泄密简直惨不忍睹,简直没有办法保持行业间的秘密。

      出处:外链出处

      那个图片简直就是对精密积造的最好的广告。这样的部件,不用精密积造,成本可以想见。

      作者:我是坏狼 发表日期:2013-05-27

      http://lt.cjdby.net/thread-1623076-1-1.html

      5月25日去科博会现场了,看到了那个机身后段加强框的实物,还上手摸了摸,真大真赞啊!不愧为当今世界上复杂钛合金构件制造的最高水准!

      在北京馆正好碰到王华明团队的成员看场,一起聊了15分钟,解开了心中的许多谜题。这里挑一些能说的,跟大家说说。

      1、关于中航天地激光量产的事。厂房已经盖好,但昌平那边征地有问题,农民不满,一直闹事,因此还没法开工,今年底能开工就不错了。现在北航腾出地方作为临时厂房,满足军品要求,压力很大。

      2、关于成品率。大家请放心,成品率非常高,基本没有废品。

      3、应用面很广,不仅仅是个别部件。

      4、效率很高。举个例子,像C919前风挡框那么大的构件,大概1M*1M的双曲面钛合金框架吧,2-3天就可以做出来。

      5、高压压气机钛合金整体叶盘,已经送黎阳试车。

      6、涡轮盘及叶片整体盘做出来不少,但还没有装机测试,具体性能尚不能下结论。做过性能对比的是部分成型毛坯与单晶的对比,也就是“900度时比第二代单晶抗疲劳程度提高40%”那句话的来源。

      7、目前设备都是一个激光头,并非几个激光头同时在成型一个构件,解释是也能实现,但没必要,一个已经很快了。

      8、激光器采用的不是CO2激光器,依然是进口。

      9、现在成型的叶盘和叶片是柱状晶。镍基高温合金的单晶没做过。钛合金单晶倒是做过,但很难控制,而且也没有必要。言下之意应该是失败率高。

      但是,对他的这个说法,即那些零部件是钛合金单晶,很是存疑。如果有人来解释一下,就最好。我想不通他们怎么可以做出钛合金单晶的。可能他们对积层后的融熔有了很深入的理解,可以在那时刻就把单晶生长起来,而且还没有任何缺陷。

      • 家园 这技术和当年流行过的喷射沉积很相像

        虽然现在的3D打印精密多了。两者都是利用熔融的金属液滴一点一点地快速凝固成形。因此最终材料组织为细小的等轴晶,比普通的铸造件有更好的抗疲劳性能。搞成单晶的可能性不大,照片看起来也不是单晶。

      • 家园 作为对照,美国的F15的用锻造加工的部件

        很接近的几何设计,因此可以和积造的部件做对照。但是锻造的成本极高。

        点看全图

        外链图片需谨慎,可能会被源头改

        锻造前的坯件。在美国铝业(Alcoa)公司位于俄亥俄州的克利夫兰工厂,用于制造F-15战斗机后机身发动机段隔舱框架的钛合金胚料。这些高强度材料,将在4.5万吨模锻压机的巨大作用力下,被锻制成F-15战机坚固的机身部件。

        点看全图

        外链图片需谨慎,可能会被源头改

      • 家园 更多图片。相当惊人

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        外链图片需谨慎,可能会被源头改

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        外链图片需谨慎,可能会被源头改

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        • 家园 用于航空工业比较合理

          首先总件数不太多,第二形状很复杂,第三对重量要求比较高。但看上去果然精密度不太高。如果能直接搞出整架飞机来就效率更高了,省去所有铆接,节省重量,不过恐怕只能是无人机。

    • 家园 玄想从加工速度开始……

      因此,来玄想一些这方面的事情。

      第一,控制3维空间中的位置精确到100微米级别,已经不是什么困难的事情,因此可以用积层的方式来制造。这个瓶颈已破。但是,更高精度的位置控制,恐怕还是很难的。10微米级别,微米级别,恐怕也是需要的,如果要提供制造部件的质量。请看第二个玄想。

      精确到100微米,你想在螺蛳壳里造什么?

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