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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 当这些问题都解决的时候,就是铸造了

所以,个人觉得应该有别的发挥作用的领域。

比如,原先铸造需要有模,而如今“积造”本身就可以“建模”。

另外,

西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授称这种新技术为“数字化增材制造”,中国机械工程学会宋天虎秘书长称其为“增量化制造”

还有几个可以考虑采用的名词:层叠法,层积法

铸剑中的淬火工艺,应该也算是一种积造缩包含的工艺吧?——特定层的精确温差处理。——因此还可以命名为:精密层加工。

家园 我想,不用铸造为好

送花成功。恭喜:你意外获得 4 铢钱。1通宝=16铢

作者,声望:1;铢钱:0。你,乐善:1;铢钱:3。本帖花:1

铸造是大家熟用的名词,就是用金属液体流进模子。这样的制造方式,完全不同于积造。

你的这些名称都好。不过,恐怕还是都可以包含在积造这个制造方法中。其实,最伟大的制造恐怕还是从分子原子层次上制造,这样恐怕可以制造出最高性能的。如果是那样,就应该叫分子积造

家园 貌似铝材是可能的

http://sciencebusiness.technewslit.com/?p=10216,不过尺寸和强度不行。

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?

家园 其实我也不知道造什么

送花成功。

作者,声望:1;铢钱:0。你,乐善:1;铢钱:-1。本帖花:1

谢谢回复和问问题。其实我也不知道造什么。无法是乱想。如果有人有所教我,我学点东西,如果没有,也不过一吐为快。这样吧,你看我什么地方说错了,写个东西纠正,我很高兴读。

我是这样想的,以后,恐怕真的需要做这样的制造,从很小的单元起,通过层积来做成。虽然可能速度开始慢,搞熟了,也未必慢。万事开头难,总有人来开这个头。另外,如果要精确控制合金晶粒的生长,位置精度要求高是不是条件?这个我不懂,请教大家。

家园 精度很高,一点点打印,小件也得以月计

精度很高,一点点打印,小件也得以月计

譬如1立方分米

如果速度差很大,机械物理性能影响很大,对精度亦有危害

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 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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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。

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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。

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家园 郭台铭已经对3D打印质疑了。

无法大规模使用。

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 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 打印的耗材

怎么整?

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。

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