3D打印技术在铸造工艺中的应用

Additive Manufacturing(下文中简称为AM),即叠层制造技术,或增材制造技术、快速成型技术,本质上就是三维(3D)打印技术。它将机械工程、激光技术、材料技术、CAD等先进科技融为一体,能自动、快速、直接、精准地将设计意图转变为有一定功能的原型(例如铸造工艺用砂型),或直接制作零件,快速成型系统被人们誉为"立体打印机"。如今,3D打印技术正在向先进的制造技术领域发展。文章着重介绍了3D打印技术在铸造工艺中的实际应用,评价了3D打印技术与新铸造技术完美结合给传统工艺带来的重大变革。     

基于3D打印的无模化铸型的应用

无模化铸型,所用砂型不是采用传统的模具进行制作,而是通过砂型立体雕刻工艺、激光选择性烧结工艺(SLS)、光固化工艺(SLA)等3D成型技术实现的成型。3D打印技术应用于铸造,可以实现快速成型和无模制造,极大地提高了复杂铸件的生产效率。文章介绍了3D打印技术在铸造方面的应用现状及发展,重点介绍了某公司利用选择性激光烧结(SLS)技术在无模化铸型方面的应用。     

3D打印在轨道交通领域的研究现状及展望

目前,轨道交通行业正在以构建快速、柔性制造模式和开发轻量化、绿色化产品为目标,积极探索将3D打印技术应用于产品备品备件、车辆铸件产品用铸型以及复杂高性能结构件的开发和制造过程中。文中分析了主流3D打印技术的技术特色和用途,归纳了现阶段轨道交通领域3D打印技术的应用研究工作,并对急需解决的关键问题以及应用前景进行了展望。     

3D 打印技术在铁路行业的应用

增材制造,也称3D打印,是一种新兴的快速成型技术,可解决设备零件供应紧张问题,显著提高相关系统的可用性,目前已在铁路行业逐步应用推广。文章将介绍奥地利联邦铁路公司(?BB)在3D打印技术应用方面的实践与经验。     

3D打印技术应用在轨道结构领域的探索

3D打印作为一种增材制造技术,因其具有无需模具、支持个性化及复杂结构成型、节省材料等优势,逐渐受到关注并开始应用于医疗、航空航天等领域。铁科院铁建所轨道工程事业部于2015年创建了三维打印实验室,制定了在轨道工程领域探索3D打印技术应用的研究规划,提出从辅助研发、辅助制造、结构优化和改善现有结构性能等4个方面开展研究。应用3D打印技术辅助轨道结构研发和零部件制造已经取得了初步成效;在优化设计方面进行了初步尝试;在改善现有结构性能方面提出了2个研究方向。     

3D打印技术在铁路行业的应用

3D打印技术是一种快速成型技术,应用该技术可对许多部件进行低成本的结构改进,并使之更快地投入使用,从而解决部件供应紧张的问题,显著提高相关系统的可用性。西门子交通公司(Siemens Mobility)在工业3D打印方面拥有丰富的经验,被德国技术检验协会(TüV Sü d)认证为"增材制造服务的工业供应商",其建立的全球互联工业3D打印机网络使用户能够跨越国界限制,快速获取所需备件。文章将介绍该公司在工业3D打印方面取得的成果及其应用。     

叠层成型与机械加工相融合的金属3D打印技术

三维叠层成型的基本原理是"分层制造,逐层叠加"。它可与熔模铸造技术相结合,快速地制造金属铸件,也可直接制作铸模来生产铸件,从而有效提升生产率。日本Sodick公司开发的0PM20L设备,采用的是利用激光照射实现叠层成型及利用切削工具进行机械加工的金属3D打印技术。本文介绍了通过有效利用激光与切削加工的特点,实现高精度与高品质加工的实例。     

金属3D打印技术在轨道交通装备领域的应用研究现状

金属增材制造(3D打印)被认为是整个增材制造体系中最具价值的技术,其技术难度大,但具备传统铸锻焊制造方法无法达到的轻量化、一体化、无模制造的优点。同时,其成型零部件性能优良,能够很大程度上满足未来轨道交通装备快速化、柔性化、绿色化、定制化制造模式以及产品轻量化、高性能的需求。文章论述了目前主流的金属增材制造技术研究进展及其在轨道交通装备零部件制造和修复中的应用研究现状,并对该技术存在的问题以及在轨道交通装备领域的应用前景进行了展望。     

三维打印成型技术的现状与应用前景

三维打印成型技术又称为三维叠层成型或增材制造技术,是指借助于先进科技手段创造占有一定空间、富有立体感的物体形象。该技术是现代机械制造工艺进步的产物,已经过30余年的艰难曲折的发展历程,曾经几度辉煌。文章介绍了三维打印成型技术的发展过程、现状及其工作原理,着重阐述了采用激光熔融法(SLM),以及采用电子束叠层装置进行金属等材料三维成型的实用方法,评价了上述工艺的优点、待解决课题,从一个侧面展示了该技术的美好应用前景。     

叠层制造技术与铸造工艺的完美结合——砂型铸造的优势

叠层制造技术(AM:Additive Manufactnring)的基本原理是"分层制造、逐层叠加",实际上是快速成型。它综合了机械工程、激光技术、材料科技、CAD等先进技术,可以自动、直接、快速、精准地将设计意图转变为具有一定功能的原型(包括铸造工艺中的砂型等)或直接制作零部件。该技术又称为三维叠层成型、三维打印成型技术。本文着重介绍了叠层制造(AM)技术与砂型铸造技术的完美结合,使传统的砂型铸造工艺展现出生机与活力,从而有效地提高砂型制作的生产效率。比如,可依据计算机图形数据制作复杂形状的砂型(泥芯)等。同时,评估了上述两种工艺结合的优点、特征以及待解决的课题。     

半固态原料质量与产品性能的控制

综合分析了电磁搅拌法制浆工艺参数、成型工艺方法和半固态成型工艺参数对半固态原料质量或产品性能的影响。指出在电磁搅拌工艺中 ,搅拌速度、金属冷却速率和搅拌时间是影响半固态原料质量的 3个主要工艺参数。适当地增大搅拌速度 ,提高冷却速率 ,以及适当控制搅拌时间会使一次相晶粒变得细小 ,形状近似球状。半固态成型工艺主要分浆料成型和坯料成型。与浆料成型相比 ,坯料成型操作简单 ,便于控制 ,易于实现自动化 ,更适合于专业化生产 ,但浆料成型因节约能源 ,流程短 ,设备更简单 ,而将成为金属半固态成型技术今后的一个重要发展方向。在半固态成型中 ,比压、充型速度、保压时间和模具预热温度是影响产品组织性能的主要工艺参数。增大比压 ,提高模具预热温度 ,加大充型速度和增加保压时间会提高产品内部组织致密性 ,使产品轮廓清晰 ,尺寸精确。     

3D打印制动盘的制动温度场仿真及试验验证

采用金属3D打印技术制造了悬挂式单轨车辆的2∶1比例制动盘。为了验证该制动盘的实际使用可靠性,采用Ansys软件建立了相应的有限元模型,并且进行了紧急制动过程下的仿真,得出了相应过程中的制动盘温度场分布。为确认仿真结果的可靠性,采用试验装置对3D打印制动盘和传统铸造制动盘进行对比试验验证,测量制动盘温度分布。试验结果证明,3D打印制动盘能满足制动性能要求,可代替传统生产的制动盘。     

基于3D打印技术的盾构隧道模型设计与制作

以超大直径盾构隧道为原型,基于3D打印技术设计并制作用于振动台试验的盾构隧道关键节点模型。探讨3D打印技术应用于盾构隧道模型设计的技术难点,如结构相似比设计与3D打印材料性质的匹配性、大型结构模型的最优化分块分段打印技术、结构模型的3D打印实现与拼装等。提出大体积结构模型拆分打印的基本原则,制作出符合试验要求的联络通道和工作井等关键节点模型,检验3D打印技术在隧道结构模型设计和制作中的可行性,并总结3D打印技术的优势和制约其推广应用的原因。     

轨道车辆用型材零件双向压力成型工艺

首先介绍了型材零件双向压力成型技术;根据实际生产情况总结了适用双向压力成型的车体各种型材零件及使用的双向压力专用模具;通过生产中典型型材零件的成型工艺例证,阐述了双向压力成型工艺制定、试制、改进等过程特点,使成型工艺得到优化,提高了零件制造质量。     

基于电弧焊接的金属3D打印机的开发

日本武藤工业公司与东京农工大学共同研究,开发出采用普通电弧焊接的新型金属3D打印机。其在造型速度、造型物强度、成本方面带来较大的改善。文章介绍了该3D打印装置的基本原理、概况、性能以及应用实例,指出了本装置为普及3D打印机技术打下了良好基础。     

大缸径柴油机铸铝镶圈活塞制造工艺

为研究大缸径柴油机铸铝镶圈活塞的制造工艺,对此类活塞的结构、材料和机加工进行了理论分析,并探讨了铸造、热处理、机加工过程。重点研究了铸铁镶圈与铝基体结合区的铸造工艺和机加工工艺,包括刀具、切削参数的选择。用该工艺制造的活塞满足产品的技术要求和客户的使用要求。     

3D打印技术在节理岩体试样制备中的应用与研究

岩石节理面的粗糙度对岩体的形变、位移和强度均有显著影响。为了研究岩石节理面粗糙度的测量问题,以巴顿(Barton)公式[1]为基础,利用3D打印技术制作模具并以此制备模拟岩石试样。选取10组不同粗糙度的节理面,以相同的法向应力进行直剪试验,研究恒定的法向应力下节理面抗剪峰值与粗糙度的定性关系。将试验结果与巴顿公式进行对比分析,验证其数据的合理性。试验结果表明:3D打印技术应用于节理面试样制备中的模具制作可行且高效。     

塑料换向器制造新工艺研究

对ＺＣ３１６直流电动机塑料换向器的制造工艺进行研究，确定一套切实可行，比较先进的压模结构与成型工艺，产品经电气检查，超速实验，均符合技术条件要求，装车运用情况良好。     

客运专线接触线的使用与研究状况

介绍了作为客运专线的高速铁路对接触线的技术要求,强调了提高接触线机械强度是主要努力方向.本文还介绍了国外高速铁路接触线使用概况,提高接触线机械强度的技术途径和工艺方法,通过比较介绍了我国自主创新的接触线制造的上引连挤工艺方法;本文最后介绍了国内企业进行的用于高速客运专线的铜锡、铜镁合金接触线的研制、试验情况.其技术性能已达到国外同类产品水平.希望有志之士,为我国接触线产品的不断提高和创新做出新的贡献.     

弯曲类钣金件热冲压成型工艺研究

为研究加热温度、保温时间等热冲压成型工艺参数对热冲压成型产品机械性能及金相组织的影响规律,通过在不同工艺参数条件下进行弯曲类钣金件热冲压成型工艺试验,测量弯曲类钣金件的机械性能并观察其金相组织。结果表明,在所设计的模具上可实现钢板热冲压成型,热冲压成型后产品的机械性能可满足标准要求。