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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 北京科技大學天津學院 本科生畢業(yè)設計（論文）選題報告 題目： 金屬液滴成型與銑銷復合3D 打印機床身結構設計 系 ： 機械工程系 班級： 機械1203班 姓名： 魏浩然 學號： 　　 指導教師1： 黃明吉 指導教師2： 20 年 月 日  目 錄 0 1文獻綜述 1.1本課題國外研究進展 日前，歐洲空間局（ESA）的“以實現(xiàn)高技術金屬產品的高效生產與零浪費為目標的增材制

2、造項目”（AMAZE）提出，將首次實現(xiàn)3D打印金屬件的大規(guī)模生產。這些3D打印的金屬零部件可用于噴氣式飛機、航天器以及核聚變等項目。 波音公司已經利用三維打印技術制造了大約300種不同的飛機零部件，包括將冷空氣導入電子設備的形狀復雜導管。波音公司和霍尼韋爾正在研究利用3D打印技術打印出機翼等更大型的產品?？湛驮贏380客艙里使用3D打印的行李架，在“臺風”戰(zhàn)斗機中也使用了3D打印的空調系統(tǒng)?？湛凸咀罱岢?“透明飛機概念”計劃，制定了一張“路線圖”，從打印飛機的小部件開始，一步一步發(fā)展，最終在2050年左右用3D打印機打印出整架飛機?！案拍铒w機”本身有許多令人眼花繚亂的復雜系統(tǒng)，比如仿生的

3、彎曲機身，能讓乘客看到周圍藍天白云的透明機殼等，采用傳統(tǒng)制造手段難以實現(xiàn)，3D打印或許是一條捷徑。 1.2本課題國內研究進展 中國航天科技集團公司六院7103廠自行研制的某型號軟管順利通過2萬次疲勞試驗考核，各項指標均達到設計要求。這意味著長期困擾一線職工的軟管工藝攻關項目獲得成功。這是該廠繼去年年底突破大直徑高溫合金筒體縫焊技術之后，再次突破小直徑大壁厚異件縫焊工藝，進一步提升了發(fā)動機制造工藝能力。 　　北京航空航天大學同我國主要飛機設計研究所等單位通過“產學研”緊密合作，瞄準大型飛機、航空發(fā)動機等國家重大戰(zhàn)略需求，歷經17年研究在國際上首次全面突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復雜

4、整體關鍵構件激光成形工藝、成套裝備和應用關鍵技術，并已在飛機大型構件生產中研發(fā)出五代、10余型裝備系統(tǒng)，已經受近十年的工程實際應用考驗，使我國成為迄今為止唯一掌握大型整體鈦合金關鍵構件激光成形技術并成功實現(xiàn)裝機工程應用的國家。 2課題背景及開展研究的意義 2.1背景 3D打印聽起來新鮮，其實這項技術并不是什么新的技術，而是已經發(fā)展了大約30年了的快速成型技術（Rapid prototyping)的一種，簡單地說，即設計人員通過計算機繪成的三維模型，或是以三維掃描儀對實物進行三維建模，將這些數(shù)據(jù)輸入3D打印機形成指令，使用堆疊的方法使材料一層一層堆積起來并形成最終的成品。目前國內有

5、一些3D打印的概念股，如中航重機，蘇大維格，南風股票等，股價一直在飆升，這也多少與3D打印的炒作和關注度提升有關。國內3D打印技術的應用上至航空航天，下至個人愛好都有所應用。北京航空航天大學的王華明教授因為運用3D打印技術打印飛機鈦合金部件并實際運用而獲得國家科技發(fā)明一等獎，幾千塊的桌面級3D打印機也在淘寶上有售，只是所使用的材料為ABS工程塑料或PLA食物降解高分子材料，所成型的成品一般精度和粗糙度較差，成型體積有限，只能制作一些初級樣件。國外的3D打印技術和市場較國內成熟很多，主要技術來自美國、德國、日本和以色列等國家，其中以美國的3D Systems、Stratasys和Makerbot

6、等為代表的企業(yè)，引領著全球3D打印行業(yè)的方向。 2.2研究意義 3D打印技術相對傳統(tǒng)制造技術來講的確是一次重大的技術革命，用“顛覆”傳統(tǒng)制造技術來形容也不過分，能夠解決傳統(tǒng)制造所不能解決的技術難題，能夠為傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入新鮮動力。但是，傳統(tǒng)制造業(yè)經過了數(shù)千年的積累和發(fā)展，已經在生產工藝、生產技術、材料等方面非常成熟，并形成了配套完善、功能齊全、社會各界廣泛認可的產業(yè)基礎。 ?從3D打印的技術原理來看，傳統(tǒng)制造方式不能生產的產品，利用3D打印技術都可以輕松地打印出來。但是，傳統(tǒng)制造業(yè)所擅長的批量化規(guī)?；a、精益化生產，恰恰是3D打印技術的短腿。比較來看，3D打印技術擅長的解決

7、個性化、復雜化、高難度的生產技術，而傳統(tǒng)制造業(yè)則擅長的是批量化和規(guī)?；１舜酥g優(yōu)劣態(tài)勢正好形成互補關系，而不是誰替代誰的問題。因此，3D打印技術本身不是要取代傳統(tǒng)制造業(yè)，也不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)。 3研究內容、方法及預期目的 3.1研究內容 3D打印技術是指由計算機輔助設計模型(CAD)直接驅動的，運用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂等材料，在快速成形設備里分層制造任何復雜形狀的物理買體的技術?；玖鞒淌?，先用計算機軟件設計三維模型，然后把三維數(shù)字模型離散為面、線和點，再通過3D打印設備分層堆積，最后變成一個三維的買物。 傳統(tǒng)制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，具

8、有制造成本低、生產周期短等明顯優(yōu)勢，被譽為“第三次工業(yè)革命最具標志性的生產工具”。3D打印將多維制造變成簡單的由下而上的二維疊加，從而大大降低了設計與制造的復雜度。同時，3D打印還可以制造傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結構，尤其適合動力設備、航空航天、汽車等高端產品上的關鍵零部件的制造。 3.2研究方法 選區(qū)激光熔化技術 （Selective Laser Melting，SLM）: SLM 技術成型原理與選區(qū)激光燒結 （SLS）基本相同，作為金屬零件3D打印技術的重要組成部分，兩者都可以直接進行金屬零件直接制造，不需要后處理。SLM成型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鈦基合金

9、、鈷-鉻合金和貴重金屬等。激光束快速熔化金屬粉末并獲得連續(xù)的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結合、高精度的近乎致密金屬零件，是極具發(fā)展前景的金屬零件3D打印技術。其應用范圍已經擴展到航空航天、微電子、醫(yī)療、珠寶首飾等行業(yè)。 激光凈成形技術（Laser Engineered Net Shaping，LENS） : LENS技術是在激光熔覆技術的基礎上發(fā)展起來的一種金屬零件3D打印技術。采用中、大功率激光熔化同步供給的金屬粉末，按照預設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件。1999年，LENS工藝獲得了美國工業(yè)界中“最富創(chuàng)造力的25項技術”之一的稱號。 電子束選區(qū)熔化技術（Ele

10、ctron Beam Selective Melting，EBSM）:EBSM技術是20世紀90年代發(fā)展起來的一種金屬零件3D打印技術，其與SLM系統(tǒng)的差別主要是熱源不同，在成型原理上基本相似。與以激光為能量源的金屬零件3D打印技術相比，EBSM工藝具有能量利用率高、無反射、功率密度高、聚焦方便等許多優(yōu)點。在目前3D打印技術的數(shù)十種方法中，EBSM技術因其能夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關注。國外對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司研發(fā)了商品化的EBSM設備EBM S12系列，而國內對EBSM工藝的研究相對較晚。 光固化立體造型技術(stereo lithograp

11、hy apparatus， SLA)SLA技術是用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構成一個三維實體。SLA是最早實用化的快速成形技術，采用液態(tài)光固化樹脂原料。SLA技術主要用于制造多種模具、模型等；還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產生收縮，不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。 熔融沉積成型技術(fused depos

12、ition modeling, FDM) :FDM技術 該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。該技術污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：固體絲狀工程塑料；制件性能相當于工程塑料或蠟模；主要用于塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。 分層實體制造技術(laminated object manufacturing, LOM)又稱層疊法成形

13、技術:LOM技術它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，其成形原理為激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的片材用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層片材疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。LOM技術的優(yōu)點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結構件。成形材料主要是涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能相當于高級木材；主要用途是快速

14、制造新產品樣件、模型或鑄造用木模。 3.3預期目的 在3D打印技術可以打印假肢、汽車、飛機的今天，它還在創(chuàng)造無限的可能。?首先3D打印技術可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用模具，把金屬和塑料融化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。? 其次實現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領域。再次由于制造準備和數(shù)據(jù)轉換的時間大幅減少，

15、使得單件試制、小批量出產的周期和成本降低，特別適合新產品的開發(fā)和單件小批量零件的出產。? 這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經在建筑設計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業(yè)，3D打印技術“打印”的產品是自然無縫連接的，結構之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。? 事實上，3D打印技術要成為主流的生產制造技術還尚需時日。? 3D打印機21世紀初的實際使用仍屬于快速成型范疇，即為企業(yè)在生產正式的產品前提供產品原型的制造，業(yè)內也將這

16、類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計，3D打印機生產的產品中80%依舊是產品原型，僅有20%是最終產品。雖然3D打印機技術在21世紀初已取得不小的進步，比如材料增多、打印機和原材料價格逐漸下降，但在2012年左右，依舊是一項年輕的技術，在沒有變得更加成熟和廉價前，并不會被企業(yè)大規(guī)模采用。? 美國和歐洲在3D打印技術的研發(fā)及推廣應用方面處于領先地位。美國是全球3D打印技術和應用的領導者，歐洲十分重視對3D打印技術的研發(fā)應用。除歐美外，其他國家也在不斷加強3D打印技術的研發(fā)及應用。澳大利亞在2013年制定了金屬3D打印技術路線；南非正在扶持基于激光的大型3D打印機器的開發(fā)；日本著力推動3D打印技術的推廣應用；

17、中國3D打印設計服務市場快速增長，已有幾家企業(yè)利用3D打印制造技術生產設備和提供服務。? 3D打印在中國還處于初級階段，從整個產業(yè)角度來看，由于缺少龍頭企業(yè)的帶動作用，政府暫時缺少針對性的扶植措施，整體產業(yè)體量還較??；另一方面中國制造業(yè)還處于粗放形式，各個環(huán)節(jié)對3D打印技術帶來的沖擊認識還不足，接受度較低。? 從發(fā)展情況來看，3D打印至2013年為止仍停留在“高級玩具”階段，并沒有實現(xiàn)成熟的產業(yè)化。但是，各個區(qū)域都非常認可3D打印技術可能帶來的改變，這些改變將如何影響現(xiàn)有生產、經濟、社會模式是值得關注的問題。? 國內3D打印主要有清華大學、華中科技大學、西安交通大學、華南理工大學、北京航

18、空航天大學等高校教授帶領的科研團隊。在他們的引領下，中國3D打印取得了一定的成效，不少3D打印聯(lián)盟相繼成立，3D打印企業(yè)也層出不窮，3D打印也能打印出無人駕駛小型飛機、文物、小零件、食物、自行車、小建筑等，令人耳目一新。?  4 進度安排 第一學期： 1、 第11-14周：查閱文獻資料，選題； 2、 第15-16 周：完成開題報告； 第二學期： 1、 第2-4周： 方案的參數(shù)計算，總裝圖設計； 2、 第5周： 機構設計計算，中期報告； 3、 第6-11周： 機構設計計算及零部件設計； 4、 第12-14周：撰寫論文； 5、 第15-16 周： 答辯

19、 參 考 文 獻 [1] 2017年3D打印機將崛起?市值有望50億美元?．中國3D打印產業(yè)網．2013-03-24? [2]3D技術打印小飛機?國內打印技術發(fā)展迅猛?．飛行網．? [3]3D打印產業(yè)創(chuàng)新中心將在10個工業(yè)城市集中建設?．產業(yè)洞察網． [4]產業(yè)洞察研究．中國3D打印機市場銷售前景：產業(yè)洞察研究，2013． [5]3D打印第一顆人類心臟?心臟樣本由塑料制成?．Autodesk中文站． [6]3D打印技術、打印材料成發(fā)展難題?．中國3D打印產業(yè)網．2013-04-22． [7]3D逆向工程技術?許智欽?孫長庫?中國計量出版社? [8]CATIA制作范例??張文獎?林長青??機械工業(yè)出版社 指導教師意見 指導教師1： 年 月 日 指導教師2： 年 月 日 專心---專注---專業(yè)