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3D 打印技术最近研发动向信息
作者:cmh        来源:媒体 
日期:2017-07-23    阅读次数:211
副标题:

        3D 打印技术最近研发动向信息
        1 我国 3D 打印高性能墨水材料取得突破进展
       (来源:中国科学院兰州化学物理研究所 2017-05-25 14:16 ) 
        中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室表界面研究团队在3D打印高性能墨水材料方面取得突破进展。他们发展了3D打印高性能聚酰亚胺光敏树脂,其优异的综合性能使高精度、高耐热性、高强度复杂结构零部件和机构的直接3D快速成型制造成为可能。 
        3D打印技术(亦称增材制造),是一种快速制造具有特殊复杂结构的先进成型技术。其中,光固化3D打印(如SLA、DLP等)因打印精度高、打印物体表面质量好,在制造形状特别复杂(如空心)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零部件方面均倍受国内外3D打印业关注。然而,目前用于光固化3D打印的树脂材料主要为丙烯酸脂系或环氧树脂系等材料,使用该类树脂材料打印的成型件存在机械强度差、耐高温性差、易吸湿膨胀及耐化学稳定性不佳等缺点,大多只能在100oC以下环境中使用,因此其应用主要局限在模型、样件和设计验证及艺术产品制作,而难以突破零部件直接制造的瓶颈问题。因此,发展高性能3D打印墨水材料,从而满足在汽车、航空航天、电子等综合性能要求较高领域进行实际应用,已成为国内外3D打印领域面临的重要挑战和研究重点之一。 
        聚酰亚胺作为一种特种工程材料,具有优异的机械性能、耐高温性、抗化学腐蚀及优良介电特性等特点,已被广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。毫无疑问,发展高性能3D打印聚酰亚胺墨水材料将在许多领域具有广泛的应用潜能。但聚酰亚胺难溶难熔等加工问题一直是制约其应用和发展的瓶颈。因此,设计制备具有优异溶解性能的可快速光固化聚酰亚胺树脂是发展满足光固化3D打印墨水无溶剂等特殊要求的关键。 
        研究人员通过聚酰亚胺分子结构设计,发展了具有优异溶解性能的可快速光固化聚酰亚胺树脂及具有优异耐高温等综合性能光固化3D打印聚酰亚胺墨水。该3D打印聚酰亚胺材料玻璃化转变温度大于200oC,在300oC烘箱处理或热油浸泡后不发生断裂和弯曲变形,仍保持较好的机械强度(图1),说明其具有优异的高温稳定性能,可在较高温度下长期使用。利用该树脂材料打印制备的复杂结构机械零部件和模型(图2),有望能够在航空航天、汽车制造及微电子领域得到发展和应用,为3D打印先进制造技术在相关领域的高精度、高耐热性、高强度的复杂结构零件和机构的直接快速成型制造提供了新的机遇。 
        该工作得到了中科院“西部之光”和兰州化物所“特聘人才计划”、甘肃省自然科学基金(1606RJZA051)和甘肃普锐特科技有限公司的支持。 
        图1:DLP 3D打印聚酰亚胺滤油器网塞及300oC/3h高温烘烤实验(图略);图2:DLP 3D打印聚酰亚胺耐高温零部件(轴承、齿轮、变速箱盖等)/模型及成型件表面形貌 
        2 美国国家实验室开发出变革性金属3D打印技术(图略) 
        (北方科技信息研究所  2017-06-02) 
        据 徐可 报道,3ders网站5月25日讯,劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)的团队研究人员近期对外宣布,已研发出一种新型、更快速的金属3D打印技术——基于二极管的增材制造( DiAM ) 技术,该技术的研发得益于之前为国家点火装置( NIF )而研发的光寻址光阀 (OALV) 技术,可实现“ 迄今最快 ”的金属部件的3D打印。 
        近期光学快报( Optics Express )杂志发表的相关研究阐明了LLNL团队是如何将最初用于NIF中的高等激光束平滑化和图案化的技术应用于金属3D打印。 
        DiAM 这种新的3D打印技术利用 “ 大功率激光二极管阵列 ”结合为NIF研制的激光调制器能够 “ 瞬间打印 ” 整层金属粉末。与大多数选择性激光熔融( SLM )打印机所采用的光栅扫描法相比,该技术能够实现更快的增材制造速度。 
        研究人员还表示,该技术非常适合打印大型金属物体,且比现有 SLM 3D 打印系统具备更好的设计灵活度。 
        LLNL 研究员及论文的主要作者 Ibo Matthews 认为,通过缩减打印时间以及提升性能,该技术能够变革金属增材制造技术。与传统 SLM 工艺相比,通过采用混合激光光源以及选取适当地光学放大倍率,打印速度可提高 200 倍。且由于可以只在需要照射的地方照射激光,逐层打印还能够减少3D打印金属部件的残余应力。 
        新的金属3D打印技术的领先之处在于其采用了光寻址光阀( OALV )技术——一种使用液晶单元和光电导晶体定制的激光调制器。 OALV 最初被研制用于 NIF 的通过精确调整辐射分布的激光能量调节( LEOPARD )系统,可用于“ 动态雕刻 ”——基于预编程图像轮廓( 即 3D 模型 )的大功率激光照射。 
        应用这种方法的装置类似于液晶投影仪,区别在于它是无像素的, 因此可以使用更高功率的激光。 前 LLNL 研究员James DeMuth 发现了这项用于 NIF 的 OALV 技术可以应用于3D打印领域。 
        据负责开发 OALV 的 LLNL 研究员 John Heebner 透露, DiAM 项目结合了 LLNL 研究团队在实验室中开发的两项技术:大功率激光二极管阵列和 OALV。鉴于研究团队把所有时间和研发力量用于开发这个光阀,它顺其自然地被扩展应用到了这个项目中,经过早期评估,LLNL 从一开始就清楚这项技术可以应用于 3D 打印。” 
        据研究人员介绍,该种新型 3D 打印技术不仅能够用于更大尺寸部件的制造,而且精度也能比现有 3D 打印机更高。此外OALV 还可用于微调照射轮廓梯度从而减少残余应力。 
        为了验证该种新型3D打印技术,LLNL 的研究团队以锡粉为原料制造了两个小金属件:叶轮( 小型涡轮叶片 )和 LLNL的 LOGO。  LLNL 实验室表示,这种新型 3D 打印技术将有助于实现更快速、更大尺寸、成本更低的金属 3D 打印制造。 
        3 世界首个 3D 打印柔性心脏诞生(图略) 
        据新华社电,据 刘曲 报道,瑞士科研人员近日借助 3D 打印技术,制造出了全球首个形状、大小以及功能都与真人心脏高度相似的柔性心脏。虽然这种人造心脏仍处于概念性测试阶段,还不能用于移植,但为相关研究提供了新思路。 
        苏黎世联邦理工大学的尼古拉斯-科尔斯等人在新一期美国 《人造器官》 期刊上报告说,这种人造心脏使用柔软硅胶材料,由3D打印和石蜡铸造技术制作而成,它重 390 克,容积 679 立方厘米。 
        新型人造心脏是一个内部结构复杂的硅胶整体,包含一个右心室和一个左心室,有一个额外腔室将两个心室隔开。这个腔室起着类似肌肉的功能, 能像泵一样驱动血液进出心脏。 
        目前常用的人造心脏血泵等装置虽可泵送血液,但其机械部件易给使用者带来不良影响。科尔斯说:“ 因此,我们的目标是开发一种大小与患者心脏大致相同的人造心脏,尽可能地模仿人体心脏的形态和工作方式。” 
        不过,现在这种人造心脏还处于测试阶段。 
        《中国科学报》 (2017-07-20 第2版 国际) 
        4“打印”的飞机愈加普遍 
        (2017-07-17 13:54:06 来源: 南方日报)  
        据 杨春 报道,两年前,一架名为“SULSA”的无人驾驶飞机横空出世震惊了世界。“ SULSA ” 由英国南安普敦大学的两位年轻工程师设计和制造,除了驱动用的马达,包括机翼、整体控制面和舱门在内的所有部件都是在 2 天时间里“打印”组装出来的。 
        也就是在短短两年时间里,3D 打印技术已运用于军事和航空航天领域,造价高昂的战斗机、舰载机等也都能通过“打印出炉”了。目前我国已经具备了使用激光成形超过12平方米复杂钛合金构件的技术和能力,并在航空科研项目的设计试制中投入使用。 
       
生产效率是传统的 3 倍 
        由于抓住了“投入产出比”的脉搏,3D 打印技术被英国 《经济学人》 杂志预测为 “ 将推动新一轮工业革命的来临”。这一具有数字化、智能化等特点的先进“复制”制造技术在民用化的同时,也悄然成为国防和军事工业的 “ 新贵 ”。
在国防大学军事后勤与军事科技装备教研部教授李大光看来,3D 打印技术可以减轻后勤保障压力。就目前来说,使用相同数量的耗材制造零件,3D 打印机的生产效率是传统方法的3倍。如果在战场上有一台3D打印机,就可以及时生产出战场上消耗的武器装备和补给物资,这将大大减轻后方生产和后勤保障的压力。 
        随着“ 制空权 ”对于现代战争的意义越来越重大,各国在积极研发新一代战机的同时,3D 打印技术也逐渐被吸纳运用其中。 
        上世纪八九十年代,要研发新一代战斗机至少要花 10—20 年的时间。美国F-15战斗机从 1966 年计划研发到首飞就耗时 6 年,F-22则花了 16 年;俄罗斯的 苏-27 耗时10年,苏-30 也花了 6 年。 
        在传统的战斗机制造流程当中,飞机的 3D 模型设计好后,需要进行长期的投入来制造水压成型设备,而使用 3D 打印这种增材制造技术后,零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。 
        李大光表示,3D 打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。如果借助 3D 打印技术及其他信息技术,最少只需 3 年时间就能研制出一款新战斗机。 
        钛合金 3D 打印用于新机 
        在 3D 打印技术中,飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术是高端发展形势。作为最早开发钛合金 3D 打印技术的国家,1985 年,美国就在五角大楼的主导下秘密开启了钛合金激光成形技术的研究,并在 1992 年公之于众。随后美国继续研发这一技术,在 2002 年将激光成形的钛合金零件装上战机进行试验。 
        2917年1月14日,美国著名的电子束、等离子弧及电阻焊接设备制造商 Sciaky 公司宣布,他们已经成功掌握了使用电子束进行钛合金3D打印的制造技术。这项技术将被用于生产美国第五代隐形战斗机 F-35 的多个零件。 
        李大光表示,传统的武器装备生产主要是做“ 减 ”法。 原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。3D打印技术除了能够提升武器装备的研发速度,还能大幅降低武器装备的造价成本。 
        作为全世界最贵最精密的战机,美国 F-35 联合攻击战机每架售价至少 1.5 亿美元。相较于传统制造方式,3D新技术制造的产品成本更低、寿命也更长。如果 3000 多架战机都使用这种技术制造部件,将可以节省数十亿美元的成本。 
        虽然中国钛合金激光成形技术起步晚,但现在却具备了使用激光成形超过 12 平方米的复杂钛合金构件的技术和能力,成为继美国之后、世界上第二个掌握该技术的国家。在今年 5 月举行的第十六届中国北京国际科技产业博览会上,获得 2012 年度“国家技术发明奖一等奖”的飞机钛合金大型整体关键构件激光成形技术得以展示。 
        中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪在今年全国两会期间曾透露,钛合金和 M100 钢的 3D 打印技术(增材制造技术)已广泛用于新机设计试制过程。其中,于 2012 年 10 月至 11 月首飞成功的机型,广泛使用了 3D 打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。

    
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