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面向大尺寸高精度陶瓷及其復(fù)合材料復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的成形，基于面曝光技術(shù)，開發(fā)了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關(guān)工藝。 技術(shù)特征 基于面曝光技術(shù)的陶瓷預(yù)制體成形設(shè)備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預(yù)制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術(shù)，分辨率可提升到37.5μm，結(jié)合收縮預(yù)測技術(shù)，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發(fā)了無缺陷脫脂與燒結(jié)工藝，燒結(jié)樣件致密度可達97%。

面向大尺寸高精度陶瓷及其復(fù)合材料復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的成形，基于面曝光技術(shù)，開發(fā)了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關(guān)工藝。技術(shù)特征基于面曝光技術(shù)的陶瓷預(yù)制體成形設(shè)備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預(yù)制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術(shù)，分辨率可提升到37.5μm，結(jié)合收縮預(yù)測技術(shù)，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發(fā)了無缺陷脫脂與燒結(jié)工藝，燒結(jié)樣件致密度可達97%。應(yīng)用范圍:該項目研發(fā)了高精度結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形的增材制造裝備，并開展了相關(guān)工藝的研究，解決了工程陶瓷材料難以成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的難題。項目所涉及技術(shù)可成功制備低介陶瓷無源器件、仿生多孔結(jié)構(gòu)與吸波超結(jié)構(gòu)等，可在航空航天、衛(wèi)星、雷達等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

鋁及其合金是工程應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一。傳統(tǒng)的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統(tǒng)制造過程相關(guān)的工具設(shè)備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術(shù)由于為制造設(shè)計提供了豐富的自由度而廣泛應(yīng)用于工程零件的制造。現(xiàn)有3D打印技術(shù)中，選擇性激光熔化（SLM）是發(fā)展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導(dǎo)致只有有限數(shù)量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結(jié)構(gòu)和強度。中南大學(xué)粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學(xué)、中車工業(yè)研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調(diào)控和熱處理工藝的探索，發(fā)展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關(guān)論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發(fā)表。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在該項工作中，研究人員設(shè)計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發(fā)生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發(fā)現(xiàn)在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時細化制備合金的微結(jié)構(gòu)，從而提高打印試樣的力學(xué)性能。圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結(jié)果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學(xué)取向用倒極圖（IPF）表示。圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應(yīng)力應(yīng)變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。通過對合金成分的進一步微調(diào)，研究人員設(shè)計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經(jīng)過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區(qū)TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結(jié)構(gòu)；（a3-4）合金的柱狀結(jié)構(gòu)；（b1-5）合金（b2）的胞狀結(jié)構(gòu)是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應(yīng)EDX圖譜。圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標記區(qū)域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發(fā)出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設(shè)計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術(shù)的工程應(yīng)用。

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，并公開了一種異質(zhì)多材料增材制造 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)臂機器人、打印裝置、減材裝置和監(jiān)測反饋裝 置，通過采用旋轉(zhuǎn)式多噴頭切換打印裝置，以多個送絲打印機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 切換的方式進行多材料多工藝實時切換打印，實現(xiàn)了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺在線實時監(jiān)測反饋裝置及時反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對比標定，確定 減材加工時機及相應(yīng)減材加工參數(shù)。通過本發(fā)明，高精

本發(fā)明公開了一種電弧增材和銑削加工裝置，屬于電弧增材技術(shù)領(lǐng)域。其包括電弧增材單元和銑削加工單元，所述銑削加工單元包 括銑削加工頭，所述銑削加工單元和所述電弧增材單元相連接，電弧 增材單元包括焊槍、支撐板、滑塊、固定槽、固定板、步進電機以及 絲杠，焊槍一端與滑塊固定，焊槍另一端穿過支撐板的通孔，支撐板 與步進電機相固定，固定板也與步進電機相固定，固定槽與固定板相 固定，步進電機的輸出軸連接有絲杠，絲杠穿過滑塊上開設(shè)的螺紋通 孔。本發(fā)明裝置能一次性進行增材制造和切削加工，使工件的加工精 確滿足使用要求。

從底層材料設(shè)計出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實現(xiàn)機械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。 一、項目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優(yōu)化的脫脂、燒結(jié)過程成為光固化成型技術(shù)的關(guān)鍵步驟。為解決以上問題，推動增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應(yīng)用，申報人團隊從底層材料設(shè)計出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實現(xiàn)機械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。

該項目通過產(chǎn)學(xué)研用的創(chuàng)新合作，已研制出水下機器人焊接與增材制造系統(tǒng)，可應(yīng)用于核乏燃料池、核構(gòu)件池、核島等強輻射環(huán)境水下焊接與增材修復(fù)，也可以應(yīng)用于海洋資源開發(fā)裝備以及海洋維權(quán)裝備的遠程遙操作水下自動焊接與增材修復(fù)。自動化程度高，水下電弧穩(wěn)定性，在水深壓力作用下仍具備非常優(yōu)異的蓋面搭橋能力，獲得的焊縫成形美觀，接頭力學(xué)性能好。該套技術(shù)裝備已于2016年通過中廣核研究員組織的現(xiàn)場驗收。該技術(shù)成果被科技日報以35項“卡脖子技術(shù)”專題進行了深度報道（第28項），入選劉亞東主編的《是什么卡住了我們的脖子》一書。

本項技術(shù)融合3D打印、半固態(tài)快鍛、柔性機器人3項重大技術(shù)，將金屬增材-等材-減材合三為一，實現(xiàn)3D打印鍛態(tài)等軸細晶化、高均勻致密度、高強韌、形狀復(fù)雜的金屬鍛件，全面提高金屬制件強度、韌性、疲勞壽命及可靠性，解決鍛件增材制造世界性難題。

本發(fā)明公開了一種電弧增材與銑削復(fù)合加工的方法，包括:(1) 將需要加工零件的 STL 三維模型進行分層切片及路徑規(guī)劃，生成相應(yīng) 的 G 代碼，然后導(dǎo)入至電弧增材和銑削加工復(fù)合裝置中進行加工;(2) 控制焊槍的開關(guān)，氬氣的開關(guān)以及復(fù)合裝置的運動，來進行電弧增材 制造;(3)當使用焊槍堆積達到需要銑削加工的閾值時，暫停電弧增材 加工，同時 G 代碼控制焊槍相對于銑刀抬高，成形件移動至銑刀下方 進行輪廓和頂面的銑削加工;(4)

以周廉院士為帶頭人的中心研究團隊，面向航空、航天、海洋工程和生物醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅堋⒔Y(jié)構(gòu)-功能一體化材料及其面向性能制備的高端制造技術(shù)的迫切需求，圍繞高性能鈦合金、鎳基高溫合金、難熔金屬及鐵基合金粉體材料的制備與應(yīng)用，開展了高性能合金成分設(shè)計與優(yōu)化、高均勻高潔凈母合金制備、高性能金屬粉體材料制備、增材制造構(gòu)件后處理集成技術(shù)及裝備、粉末冶金近凈成形技術(shù)的系統(tǒng)研究，形成了增材制造領(lǐng)域用高性能金屬粉末材料制備及應(yīng)用的成套專用技術(shù)。