快速凝固技术概述

快速凝固技术国内外发展及其应用

1.快速凝固技术国内外发展

随着对金属凝固技术的重视和深入研究,形成了许多种控制凝固组织的方法,其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段,同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。

快速凝固的概念和技术源于20世纪60年代初Duwez等人的研究，他们发现某些共晶合金在平衡条件下本应生成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固合金液滴被气体喷向冷却板时，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步生成非晶体。上述结果稍后被许多研究结果所证实，而且由此发现一些材料具有超常的性能，如电磁、电热、强度和塑性等方面的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。20世纪70年代出现了用快速凝固技术处理的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应用取得重大进展。快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重要领域，也是研究开发新材料手段。

快速凝固一般指以大于

5

10

～

6

10

K/s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的

凝固过程，通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大,生长速率高,使固液界面偏离平衡,因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。加快冷却速度和凝固速率所起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示。从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变化[1]。

快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。

1.1快速凝固技术的主要方法

(1)动力学急冷快速凝固技术

动力学急冷快速凝固技术简称熔体急冷技术，其原理可以概括为：设法减小同一时刻凝固的熔体体积与其散热表面积之比，并设法减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以

及主要通过传导的方式散热。通过提高铸型的导热能力，增大热流的导出速率可以使凝固界面快速推进，从而实现快速凝固。

在应用熔体急冷凝固技术的各种方法时，熔体的传热过程是：固液界面前沿熔体的温度大于零，而已凝固的固相一侧的温度梯度小于零，因而过热熔体的热能和熔化潜热只能通过固相向环境释放，这时热流方向与固/液界面移动的方向相反，因而这类快速凝固过程的进行以及相应的凝固冷速、凝固速率和过冷度等都是由系统向环境的传热速度和熔体体积等因素控制的。目前，主要的快速凝固技术(包括离心雾化法在内)都是通过薄层液态金属与高导热系数的冷衬底之间的紧密相贴来实现极快的导热传热。影响温度场及冷却速度的主要因素就是金属/衬底界面的状况及金属试样的厚度。

根据熔体分离和冷却方式的不同，可以分为雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉淀技术三大类。①模冷技术。主要包括：枪法，双活塞法，熔体旋转法，平面流铸造法，电子束急冷淬火法，熔体提取法和急冷模法。②雾化技术。具体分为：流体雾化法，离心雾化法和机械雾化法。③表面熔化与沉积技术。主要有离子体喷涂沉积法和激光表面重熔法两种。(2)热力学深过冷快速凝固

热力学深过冷是指通过各种有效的净化手段避免或消除金属或合金液中的异质晶核的形核作用，增加临界形核功，抑制均质形核作用，使得液态金属或合金获得在常规凝固条件下难以达到的过冷度。深过冷快速凝固是指在尽可能消除异质晶核的前提下，使液态金属保持在液相线以下数百度，而后突然形核并获得快速凝固组织的一种工艺方法。对于深过冷熔体，其凝固过程不受外部散热条件所控制，生长速度可以达到甚至超过激冷凝固过程中的晶体生长速度。熔体深过冷的获得，理论上不受液态金属体积限制。因此，深过冷是实现三维大体积液态热力学深过冷获得技术实验方法分类。①大体积液态金属的深过冷，主要有熔融玻璃净化法，循环过热法和熔融玻璃净化法+循环过热法。②微小金属液滴的深过冷，包括乳化-热分析法，落管法和无容器电磁悬浮熔炼法。③其它形状金属液态的深过冷--熔体急冷法，可分为：气枪法，雾化沉积法，熔体旋转法，锤砧法，单辊法。

(3)快速定向凝固法

定向凝固法是指在凝固过程中应用技术手段，在液-固界面处建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到定向组织、甚至单晶。定向凝固是在高温合金的研制中建立和完善起来的。该技术最初用来消除结晶过程中生成的横向晶界，因为晶界处原子排列不规则，杂质较多，扩散较快。晶界在高温受力条件下是较薄弱的地方，消除横向晶界，可以提高其高温合金的力学性能。定向凝固技术的最主要应用是生产具有均匀柱状晶组织的铸件，特别是在航空领域生产高温合金的发动机叶片，与普通铸造方法获得的铸件相比，它使叶片的高温强度、抗蠕变和持久性能、热疲劳性能得到大幅度提高。对于磁性材料，应用定向凝固技术，可使柱状晶排列方向与磁化方向一致，大大改善了材料的磁性能。定向凝固技术也是制备单晶的有效方法。定向凝固技术还广泛用于自生复合材料的生产制造，用定向凝固方法得到的自生复合材料消除了其它复合材料制备过程中增强相与基体间界面的影响，使复合材料的性能大大提高。定向凝固技术作为功能晶体的生长和材料强化的重要手段，具有重要的理论意义和实际应用价值。

纵观定向凝固技术的发展，人们在不断地提高温度梯度、生长速度和冷却速度，以得到优质的定向凝固组织。根据成分过冷理论，温度梯度无疑是其中的关键。提高固液界面前沿的温度梯度在理论上有以下途径：①缩短液体最高温度处到冷却剂位置的距离；②增加冷却强度和降低冷却介质的温度；③提高液态金属的最高温度。目前新兴的凝固技术如冷坩埚定向凝固技术、软接触陶瓷壳定向凝固技术、双频电磁约束成形定向凝固技术等，这些无坩埚熔炼、无铸型、无污染的定向凝固成形技术会成为未来发展的焦点，在未来的发展中会日渐成熟。

2快速凝固技术在金属材料开发中的应用研究

2.1快速凝固新型合金材料

(1)快速凝固镁合金的研究

镁合金是所有结构金属中最轻的一种，具有比重小，比强度、比刚度高，耐冲击等一系列优点，在汽车、电子电器、航空航天等领域具有广阔的应用前景，但镁合金的加工成形性能及耐蚀性能较差，大大限制了其发展。目前，国内在高性能镁合金的管、棒、板、型材及一些结构件方面基本上还是空白，而传统的铸造冶金方法又难以满足材料的性能要求。因此，研究新的制备工艺和加工技术是发展高性能型材和结构件的必然之路。快速凝固镁合金将成为未来变形镁合金的主要制备工艺。70年代初，快速凝固实验表明，镁基合金具有明显的非晶形成能力，非晶态镁合金主要是通过快速凝固合金熔体制备，非晶态镁合金的力学性能优异，是潜在的结构材料。除力学性能外，非晶态镁合金的抗腐蚀性和储氢性能优良，是一种很有发展前途的新型材料。

(2)快速凝固耐热铝合金的研究

研究表明，以快速凝固耐热铝合金替代Ti 合金在飞机和导弹上应用，可以明显地减轻飞行器质量，降低成本，以飞机发动机为例，实现以铝代钛，可以减轻质量15%～25%，降低成本30%～50%，提高运载量15%～20%，经济效益十分可观。为了能在150～350℃温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金，过去的20年内，快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。近十几年来，科研工作者们对耐热铝合金进行了大量的研究，相继开发了一系列快速凝固耐热铝合金。Al-Fe-V-Si 系耐热铝合金具有良好的室温和高温强度、塑性、热稳定性和断裂韧性以及耐腐蚀性能，近20年来广泛应用于航空航天领域。快速凝固Al-Fe-V-Si 系耐热铝合金首先是由美国Allied-Signal 铝业公司的金属及陶瓷材料研究所采用其专利技术--平面流铸造法研究开发的。目前该合金已成为研制最为成熟的高性能耐热铝合金，对它的研究也成为耐热铝合金开发研究的热点。利用传统的快速凝固/粉末冶金(RS/PM)工艺制备的Al-Fe-V-Si 系耐热铝合金，在组织上获得了单一的、弥散分布的球状耐热相12Al 3),(V Fe Si ，该相具有良好的热稳定性，研究表明即使在480℃下保温100 h ，仍未发现明显的粗化现象，从而保证材料在室温和高温条件下均有较高的强度。因此，自20世纪80年代末以来，该系列的耐热铝合金已在航空航天等领域获得了广泛的应用。20世纪90年代国内外的研究人员开始应用喷射成型技术制备Al-Fe-V-Si 系耐热铝合金，以期达到提高性能降低生产成本的目的。随着航空航天事业的发展，对作为结构件材料的铝合金的工作温度提出了越来越高的要求，Al-Fe-V-Si 系合金具有良好的综合性能，而且可以根据需要调整Fe 、V 、Si 含量，控制强化相体积分数，获得不同性能的组合。因此，对Al-Fe-V-Si 系耐热铝合金的研究制备和开发应用受到了国内外的普遍关注。

2.2快速凝固非平衡态新型金属材料的研究

(1)快速凝固非晶态合金

非晶态合金也称为金属玻璃，它是一种亚稳态的结构，具有短程有序，长程无序的特征，它兼有金属和玻璃的特性，具有非常优异的材料性能。非晶态合金是通过急冷手段使合金液快速凝固的方法制备的，与晶体材料相比，非晶态合金的硬度、强度、韧性和耐磨性都具有明显的优势。非晶态合金的无序结构使它不仅具有高强度，还具有高的塑性和冲击韧性。由于没有晶粒和晶界，非晶态耐蚀合金不仅在一般情况下不发生局部腐蚀，而且还能抑制在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀的发展。非晶态合金的表面能高，可连续改变成分，具有明显的催化性能。非晶态合金还具有好的磁学和光学性能，而且可节能，少污染，是一种绿色的环保材料，随着研究的不断深入，非晶态合金的应用领域将会不断扩大。

(2)快速凝固准晶态合金

准晶是准周期晶体的简称，它在结构上完全不同于传统固体中非晶的长程无序、短程有序结构和晶体的长程周期平移性，准周期性和非晶体对称性是准晶的两个最重要的特征。准晶材料具有一系列独特的性能：高的硬度、高弹性模量、低热膨胀系数、低热导率、低电导率、秉征脆性、热障性能、抗磁性、储氢性能、不粘性以及吸收太阳能等。由于准晶材料具有较高的脆性，限制了其作为结构材料的应用，目前准晶材料的应用主要是作为表面改性材料或是作为增强相弥散分布于结构材料中。应用快速凝固技术是形成准晶的主要途径，此外采用不同的净化手段获得热力学深过冷熔体控制凝固是制备大块准晶材料的一种潜在技术。准晶材料的研究发现为金属材料研究特别是快速凝固合金的研究开辟了一个有很大潜力的领域。

(3)快速凝固微晶合金材料

微晶材料是利用快速凝固技术在传统合金的基础上产生的一种重要的新型材料，一般是指晶粒为1～100μm的材料。近年来，采用快速凝固工艺制备的微晶材料的发展十分迅速。快速凝固微晶合金材料之所以引人注目，除了因为该种材料具有优异的性能外，还可以做成大块的微晶合金构件，具有很大的应用潜力。例如新近开发的Al-Li合金在低温下有良好的力学性能，而且当温度降低到零度时，其强度、塑性和断裂韧性还会有所提高，这就扩大了Al-Li 合金的应用领域，如用于制造航天飞机液态储氢燃料、低温杜瓦瓶、框架材料、低温储能环等。目前，微晶合金材料已经完成了实验室研究开始进入小批量生产阶段，而且有些快速凝固微晶材料已经可以直接应用于工业生产中。

(4)快速凝固金属纳米结构材料

纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米尺度的材料，它包括3个层次，即纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。由于纳米材料超细晶粒组织结构的特殊性，使大量的原子处于晶粒之间的界面上，因此与常规的晶体材料以及非晶态材料相比，它在性能方面表现出一系列本质性的优势。纳米材料的晶粒细小而均匀，晶粒表面清洁，有利于力学性能的提高，所以它具有高的强度、硬度和良好的塑韧性。由于纳米材料的尺寸效应，它还具有优异的磁性能。目前，对一维尺寸纳米材料的研究已经比较成熟，而三维尺寸的纳米材料还处于探索阶段。纳米材料的推广应用关键在于块体纳米材料的制备，而热力学深过冷凝固技术可以实现合金在缓慢冷却条件下发生的快速凝固，目前它已发展成为制备不同类型块体纳米材料的一条有效途径。金属纳米结构材料不仅能够作为优良的功能材料，而且有可能成为一些特定用途的结构材料或者是结构功能两用材料。

参考文献

[1]王倩,李青春，常国威快速凝固技术的发展现状与展望[J].辽宁工学院学报,2003.23(5):40-44

[2]

计算机辅助设计---小论文

机械工程学院 《计算机辅助设计》论文 题 目： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制1204班 姓 名： 学 号： 得分

快速成型技术应用现状及发展趋势 摘要: 快速成型技术以其独特的特点和长处,成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术,具有广泛的应用领域和应用价值,发展十分迅猛,该技术的重要性已不容忽视。快速成型技术问世以来，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。快速成型技术是基于离散/ 堆积的原理。在计算机的控制下快速成型机的成型头选择性地固化一层层的液体材料(或选择性的切割一层层的纸、烧结一层层的粉末材料、喷涂一层层的热熔性材料等) ,形成各个截面轮廓并逐步顺序叠加成三维工件实体。RP 技术的主要方法有:光固化立体造型SLA、分层物件制造、选择性激光烧结法、熔融沉积造型。 关键词: 快速成型技术; 应用现状; 发展趋势

一、快速成型技术的原理与发展 快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。 20 世纪80 年代初在美国出现, 90 年代在全球得到迅速发展的一门综合性、交叉性前沿技术, 是先进制造技术的重要组成部分, 也是制造技术的一次飞跃, 具有很高的加工柔性和很快的市场响应速度, 为制造技术的发展创造了一个新的机遇。快速成型技术的发展历史快速成型技术首先在美国得到使用, 1987 年3D System 公司首次推出商业化的快速成型设备。当1988 年将第1 台设备SLA 21 卖给Bater Healthare、Pratt and Whitney 和Eastman Kodak时, 就标志着快速成型技术工业化应用的开始。20世纪90 年代, 快速成型技术的应用范围迅速扩大,使用单位包括美国的波音和通用、德国的奥迪和宝马等许多国际知名大公司。1992 年, 快速成型设备已经在17个国家的500 个项目中得到工业应 用;1994 年9 月, 世界上投入使用的快速成型设备增加到800 多台, 其中美国占绝大多数, 日本有100 多台; 1996 年底, 全世界已安装了1 400 多台快速成型设备。至2000 年6 月, 已有40 多家公司设计、制造快速成型设备, 其在全球的使用数量已达2 000多台。我国于90 年代初才开始快速成型技术研究, 主要有西安交通大学、清华大学、华中科技大学及北京隆源自动成型系统有限公司, 进行了光固化成型、熔融沉积造型、分层实体制造和选区激光烧结成型技术与设备研究, 目前其相应的快速成型设备均已实现商品化。 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得RPM技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高速性、高集成性、高柔性、自动化程度高而得到了迅速发展。目前，快

快速凝固技术

快速凝固技术的研究进展 摘要：快速凝固技术是当材料科学与工程中研究比较活跃的领域之一，目前已成为一种金属材料潜在性能与开发新材料的重要手段。快速凝固技术得到的合金与常规合金有着不同的组织和结构特征，对材料科学和其它学科的理论研究以及开展实际生产应用起了重要的作用。介绍了快速凝固技术的原理和特点、主要方法和在实际中的应用和存在的问题。 关键词：快速凝固技术；合金；应用；存在问题

1 引言 随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域[1]。过去常规铸造合金之所以会出现晶粒粗大，偏析严重、铸造性能差等缺陷的主要原因是合金凝固时的过冷度和凝固速度很小，这是由于它们凝固时的冷速很小而引起的。要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度，从而提高凝固速度，因此出现了快速凝固技术。 目前，快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。 2 快速凝固技术 1960年美国的Duwez等用铜辊快淬法，首次使液态合金在大于107K/S的冷却速度下凝固，在Cu—Si合金中发现了无限固溶的连续固溶体；在Ag—Ge合金中出现新的亚稳相；在Au—Si合金中形成非晶结构。在快速冷却所形成的亚稳结晶组织中，出现了一系列前所未见的重要的结构特征，表现出各种各样比常规合金优异的使用性能[2]。此后，快速凝固技术和理论得到迅速发展，成为材料科学与工程研究的一个热点。 快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却(≥104～106 K/s)或非均质形核被遏制，使合金在很大过冷度下，发生高生长速率(≥1～100 cm/s)凝固[3]。通过快速凝固技术获取的粉末和材料会具有特殊的性能和用途。由于它是一种非平衡的凝固过程[4]，详细的说就是凝固过程中的快冷、起始形核过冷度大，生长速率高，促使固液界面偏离平衡，生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，从

快速成型3d打印原理技术论文 3d打印快速成型技术

快速成型3d打印原理技术论文 3d打印快速成型技术 3D快速打印技术在近年来得到了快速发展，应用领域也在不断的增加。下面是为大家精心推荐的快速成型3d打印技术论文，希望能对大家有所帮助。 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。

2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。

快速成型3d打印原理技术论文

快速成型3d打印原理技术论文 快速成型3d打印技术论文篇一：《试论3D打印技术》 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。 2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产

品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。 2.3 3D打印的应用现状 近年来，3D打印得到了快速发展，几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域，使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制，打印复杂形状的各种零件，打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域，3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始，逐步发展，计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域，医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型，缺损下颌骨模型，患者外伤性脑内血肿颅脑模型等，用于辅助诊断并制定术前手术方案，降低了手术难度，减少了手术时间，为患者带来

制造工艺论文

快速成形技术应用现状及发展趋势 班级2011级车辆3班 学号20111529 姓名刘琳娜 摘要: 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得RP技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有五种基本类型：光固化成形法（SLA）、分层实体制造法（LOM）、选择性激光烧结法（SLS）、熔融沉积制造法（FDM）和三维打印（3DP）。 关键词: 快速成形技术特点优缺点应用现状发展趋势 引言：本文阐述了快速成形技术的基本概念, 总结了快速成形技术的方法、特点和优缺点,快速成形技术在产品开发中的应用现状，最后展望了快速成形技术的未来发展趋势。 一、快速成形技术的原理 快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。 二、快速成形技术特点 1.快速性 通过STL格式文件, 快速成形制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接, 从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时,可实现产品开发的快速闭环反馈。以快速原型为母模的快速模具技术, 能够在几天内制作出所需材料的实际产品, 而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。 2.高度集成化 快速成形技术实现了设计与制造的一体化。在快速成形工艺中, 计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成形设备的数控指令, 快速成形设备根据数控指令完成原形或零件的加工。 3.与工件复杂程度无关 快速成形技术由于采用分层制造工艺, 将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加, 大大简化了加工过程。它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造具有任意复杂形状的原形和零件。 4.高度柔性

材料成型技术论文

材料成型技术 课程论文 题目：熔融沉积制造-FDM 系（部）： 专业： 学生姓名：学号： 完成时间：201 年月日

前言 快速成型技术(Rapid Prototyping)是 20 世纪80年代中后期发展起来的一项新型的造型技术。RP技术是将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计算机数控技术(CNC) 、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。RP经过十多年的发展 ,已经形成了几种比较成熟的快速成型工艺光固化立体造型( SL —Stereo lithography) 、分层物体制造(LOM —Laminated Object Manufacturing)选择性激光烧结(SLS—Selected Laser Sintering)和熔融沉积造型( FDM —Fused Deposition Modeling)等。这四种典型的快速成型工艺的基本原理都是一样的 ,但各种方法各有其特点。FDM （Fused Deposition Modeling）工艺是由美国学者Scott Crump于1988年研制成功，其后由Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000、1100和FDM 1600、1650等系列产品。后来清华大学研究开发出了与其工艺原理相近的MEM（Melted Extrusion Modeling）工艺及系列产品。[1]目前，FDM工艺已经广泛应用于汽车领域，如车型设计的检验设计、空气动力评估和功能测试；也被广泛应用于机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、办公用品、玩具等产品的设计开打过程，如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前检验设计以及少量产品制造等。用传统方法需机几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型，用FDM成型法无需任何道具和模具，可快速完成。

快速成型技术及应用论文

基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域，美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结中，低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结，形成原型(“绿件”)，经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示，烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等)；(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品；(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。

快速凝固习题

1、试比较快速凝固技术和雾化制粉技术的异同 答：快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。要求金属与合金凝固时具有极大的过冷度。 雾化制粉是以快速运动的流体(雾化介质)冲击或以其他方式将金属或合金液体破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末的粉末制取方法。雾化法是生产完全合金化粉末的最好方法，其产品称为预合金粉。 快速凝固具有凝固速度快，从而可以使金属在液态中的溶解度得到扩大，这样是其材料的密度有所改变，材料各部位的组织更加的紧密，改变金属中各元素的所含比例，从而可以改变该材料的性质，使其达到某种用途的需求。由于凝固的速度比一般铸造的快，这样得到的凝固结晶会更加的细小，晶粒的分布更加的均匀，一定程度减少了杂质的混入，提高材料的质量，由于晶粒组织的优化，该材料的力学，化学性质会得到提高，从而使其得到更广的运用。由于快速凝固给材料带来的溶解度的扩大，更加精细的晶粒的析出，从而赋予了材料的高强度，高韧度，以及高耐腐蚀性。这是快速凝固技术能在工业领域得到广泛运用的硬道理。除了金属的快速凝固，还有一种快速凝固非晶态合金。其特点和上类似，可以使材料具有极高的强度，硬度。又因为其实处于非晶态，它在具有高强度的同时也具有较好的韧性。同时，因为非晶态这种特殊形态，可以使材料具有良好的半导体性能，这是传统铸造方法所不能达到的。 而雾化技术这种粉的每个颗粒不仅具有与既定熔融合金完全相同的均匀化学成分，而且由于快速凝固作用而细化了结晶结构；消除了第二相的宏观偏析。雾化制粉法分“双流法”(以雾化介质流破碎合金液流)和“单流法”(以其他方式破碎合金液流)两大类。前者的雾化介质又分气体(氦、氲、氮、空气)和液体(水、油)；后者如离心雾化和溶气真空雾化。 2、试论金属热处理在快速凝固材料制备工艺中的应用 答：金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。快速凝固时由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的凝固过程。其从液态到固态的冷却速度大于某一临界冷却速率。通过金属热处理可以控制金属相变的过程和速率，金属热处理在快速凝固材料制备

3D打印快速成型技术

特种加工论文 题目3D打印快速成型技术 姓名 专业 班级 学号

3D打印快速成型技术 摘要： 本文主要介绍了特种加工中3D打印快速成型技术，首先介绍它的加工原理，然后分析它的特点、加工方式，然后说明其在实际生产中的主要应用以及发展方向。 关键词：特种加工技术，3D打印快速成型，特点，应用。 Abstract： This article mainly introduced the special processing of 3 d printing rapid prototyping technology, introduces its processing principle, and analyzes its characteristics, processing methods, and then explain the main application in practical production and the development direction. Key words：Special processing technology, 3 d printing rapid prototyping, characteristics, application. 一、引言 3D打印（3D PRINTING ）即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起的一门新兴的技术，是21世纪制造业最具影响的技术之一。随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技传播的速度，产品的生命周期越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和成本上的竞争，而更重要的是产品上市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和3D打印增加产品的信息量，以便更快的完成设计及其制造过程，将产品设计和制造过程的时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题造成不可挽回的损失。 3D打印技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状的三维实体的技术总称。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件的单件生产。该技术突破了制造业的传统模式，特别适合于新产品的开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光技术、材料科学等多学科相互渗透与交叉的产物。它可快速，准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件，以便进行快速评估，修改及功能测试，从而大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。 自从美国3D公司在1987年推出世界上第一台商用快速原形制造设备以来，快速原形技术快速发展。投入的研究经费大幅增加，技术成果丰硕。原形化系统产品的销量高速增长。在这方面美国，日本一直处于领先地位，我国在这方面起步较晚，但是奋起直追，开展研究并取得一定成果，国内也有些成熟的产品问世，他们正在各种生产领域上发挥着作用。 二、打印系统的工作原理 3D打印技术是一种逐层制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：先得到所需零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，将原来的三维模型变成二维平面信息，即离散过程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码；在微机控制下，数控系

凝固理论

1. 晶体是指原子呈规则排列的固体 2. 非晶体是指原子呈无序排列的固体 3. 晶格是用假象的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间结构 4. 直线的交点（原子中心）称为结点，由结晶器形成的空间点阵列称为空间点阵 5. 晶型：能代表晶格原子排列规律的最小集合单元，常见金属晶格类型有：体心立方，面心立方，，密排六方晶格 6. 单晶体：其内部晶格完全一致的晶体 7. 晶粒: 实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同的，外形不规则的小晶体组成，这些小晶体即称为晶粒，晶格的不完整部位导致内晶体缺陷（结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状，称晶粒。） 8. 晶界的特点：原子排列不规则；熔点低；耐蚀性差；易产生内吸附，外来原子易在晶界上产生偏聚；阻碍位错运动，是强化部位，故而实际使用的金属力求获得细晶粒；是相变的优先到形核部位 9. 合金，是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质； 10. 相：是指金属或合金中凡成分相同，结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分 11. 显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态，数量，大小和分部组合 12. 冷却曲线:是指金属结晶是温度与时间的关系曲线。其中水平段是结晶时由于所放出的结晶潜热所造成的，为实际结晶温度，液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称为过冷；其次理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度 13. 晶核的形成方式：均匀形核和非均匀形核；其中由液态中排列规则的原子团形成晶核称为均匀形核；以液态中存在的固态杂质形核称为非均匀形核 14. 晶核的长大方式有两种：均匀长大和树枝状长大 15. 晶坯：液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，他们时聚时散，称为晶坯 16. 晶核：在理论温度以下，经过一段时间后一些大小尺寸的晶坯将会长大，称为晶核 17. 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个经理范围内形成成分不均匀的现象 18. 连铸坯凝固结构：表皮细小等轴晶；柱状晶区；中心等轴晶区 19. 形核率：单位时间，单位体积内形成的晶核数 20. 长大速度：单位时间内晶核生长的长度 21. 偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象叫做偏析 22. 宏观偏析：沿一定方向，结晶过程中，由于结晶先后不同，造成凝固后的铸件内产生宏观成分不均匀的现象叫做宏观偏析。 23. 连铸较模铸的优点：能提高综合成材率；降低能耗；易实现机械化，自动化；比较节省劳动力 24. 对结晶器的要求：良好的导热性； 25. 结晶器的震动方式：同步振动，特点是结晶器在下降时与铸坯同步运动然后再以三倍拉速的速度上升 26. 结晶器保护渣的作用：使结晶器内钢水上表面与空气隔绝；吸收钢水中的夹杂物；控制坯壳与结晶器壁间的传热；润滑 27. 连铸机可分为三个传热冷却区：一冷却区：钢水在水冷结晶器中形成足够厚度均匀的坯壳，以保证铸坯出结晶器时不拉漏；二冷却区：喷水一加速连铸坯内部热量的传递，使铸坯完全凝固；三冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯内外温度均匀化 28. 铸坯的液相长度也称为液相穴深度，是指铸坯从结晶器钢液面开始到铸坯中心液相完全

浅谈3d打印技术论文

浅谈3d打印技术论文 3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。了浅谈3d打印技术论文，欢迎阅读! 3D打印技术 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为 “第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打

印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。 2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D

高压快速固化原理分析及工艺验证

高压快速固化原理分析及工艺验证 章晖1，王新虎2，陈英明2，谢爽1 （1. 超威电源研究院，浙江长兴313100；2. 江苏先特能源装备有限公司，江苏南京） 摘要：本文介绍了一种极板快速固化的工艺方法——压力固化，在压力容器中，持续通入压缩空气或氧气来提高氧在水中的溶解度和扩散速度，就能大大缩短固化过程中游离铅氧化和板栅氧化腐蚀所需要的时间，从而将固化时间减少到24 h以内。 关键词：压力固化；氧的溶解度；游离铅氧化 The principle analysis of rapid curing by high pressure air and the process validation Hui- Zhang Xinhu-Wang Yingmin-Chen Shuang -Xie （Chaowei Power Co., LTD.，Changxing Zhejiang, 313100, China） Abstract: In this paper, it's described a rapid plate curing process for lead acid battery-- pressurizing curing. It can improve the solubility and diffusion velocity of oxygen in the water by pumped compressed air or oxygen to a pressure tank continuously, then to greatly shorten the time of free lead oxidized in the paste and grid corrosion in curing process and reduce curing time within 24 h. K ey words: pressurizing curing, oxygen solubility, free lead oxidized 0 前言 铅蓄电池的极板固化是指，在板栅上涂覆活性物质制成湿极板后，将极板放入一个封闭的空间里，在规定的温度湿度条件下硬化脱水。此过程中，活性物质再结晶形成特殊的晶体结构和多孔结构，极板里残存的游离铅转化成氧化铅，铅膏与板栅腐蚀结合，该过程完成后，极板中游离铅含量低于3%，水份低于1%。 固化过程的优劣将直接影响后续的化成工序，继而对电池的容量、充放电性能、低温性能等方面，尤其是循环寿命产生重要影响，因此，电池制造商都将固化作为一个特殊过程加以控制。但是，传统的固化工艺耗能费时，本文介绍了一种在密闭容器里加压的固化方法，其目的是使再结晶、游离铅氧化、铅膏与板栅腐蚀结合同时进行，以改善极板结构，提高效率，降低能耗。 1 技术背景 铅的氧化和铅膏与板栅的腐蚀结合均需氧气参与，还需要水作为催化剂，氧气要先溶解在铅膏的水中，再以水膜为介质扩散到游离铅和板栅表面进行氧化腐蚀，其作用机理如下：2Pb+O2+2H2O=2Pb(OH)2 2Pb(OH)2=2PbO+2H2O 总反应式： 2Pb+O2=2PbO (1) 因此，固化过程中氧的浓度和其在水中的溶解度将直接影响氧化反应的进程。 对于传统固化方式，正常大气压力环境下，一般在35 ℃左右、85 %相对湿度、铅膏含水量8.5 %

快速成型论文

快速成型技术的应用现状与发展趋势 作者：高关胜机械1011班 2010118501124 摘要：快速成型（RP）技术是一种结合计算机、数控、机械、激光和材料技术 于一体的先进制造技术。本文论述了快速成型技术的应用领域及发展和现状。 阐述了快速成型技术在国内国外的发展趋势及快速成型技术的未来发展方向。 关键字:快速成型、技术、应用、发展趋势 引言: 快速成型技术是一种快速而又精确地工艺技术，随着经济的迅猛发展与市 场的激烈竞争，各国制造业不仅致力于扩大生产规模、降低生产成本、提高产 品质量，而且还将注意力逐渐放在快速开发新品种以及加快市场的响应速度上。快速成型技术可以加工形状复杂尺寸精度要求高的各种零件，在产品设计和制 造领域应用快速成型技术，能显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高质量，增大企业的竞争能力，随着科技技术的不断高速发展，人们的生活也 在随着快速的更替，一个产品可能今天才投入市场，过不了一段时间就被淘汰了，对同一个产品消费者越来越追求个性化，主体化，多样化。这些都要求产 品的设计者和生产者拥有一个快速，多样化的能力来满足消费者的要求。一个 产品从设计到出产是一个漫长的过程，所以谁能把握这一点，谁就会拥有胜利 的果实。 快速成型的优越性正好能满足这些要求，快速成型顾名思义他的速度相对 来说是很快的。所以快速成型在很大领域得到广泛的应用和很好的发展，并且 在这些领域里所占的比重是越来越大，现在我们应用快速成型技术代替了传统 的手工模型的制造，更加精确、快速、直观并且完整的传递出产品的三维信息，建立起一种并行的设计系统，更好的将设计、工程分析与制造三分面集成。从 而缩短产品的开发周期，最终保证了产品的质量，所以快速成型技术前景很广。 1.快速成型技术的应用 1-1快速成型技术的概念、常用类型、基本原理及优越性 快速成型技术简称RP技术，RP技术是集CAD技术、数控技术、材料技术、机械工程、电子技术和激光技术等技术一体的综合技术，是实现产品设计从二 维到三维实体快速制造的一体化技术。【1】

凝固理论

凝固理论进展与快速凝固 摘要：本文综述了凝固理论的某些新进展，对高生长速率下的凝固热力学与形核、生长动力学，特别是非平衡溶质分配系数，形核孕育期与相选择，化学成分及熔体热历史对形核机制的影晌，平界面的绝对稳定性，快速的枝晶/胞晶生长以及样品体积内快凝过程的发展等问题给出了定量的表述，文中还指出了对快凝过程进行分析和设计的工作步骤。 关健词：快速凝固，热力学，动力学，形核，晶体生长，相选择 0 前言 在近几十年中，凝固技术的重要进展有：连续铸造的扩大应用；定向凝固与单晶生长技术的完善；半固态(流变)铸造从研究走向了实际应用；通过凝固过程制备重要的新型材料，如复合材料、自生复合材料、梯度材料等；快速凝固技术的出现与应用。快速凝固是通过合金熔体的快速冷却（≥104-106K/s）或非均质形核的被遏制，使合金在很大的过冷度下发生高生长速率（≥1-100cm/s）的凝固，可制备非晶、准晶、微晶和纳米晶合金，此类新型功能或结构材料正在逐步进人工业应用。可见，现代凝固技术的发展不仅致力于获得外形完美、内无宏观缺陷的零件，而且追求在材料中形成常规工艺条件下不可能出现的结构与显微组织特征，使其具备一系列特殊优异的使用性能。从这个意义上说，新凝固技术与新材料的研究和发展已融为一体，最具代表性的例子是快速凝固技术，它的出现和发展直接促进了新一代金属玻璃与微晶、纳米晶合金的形成。 现代凝固技术的研究与应用，迫切要求以液/固相变理论的新成果为指导。在研究对象的尺度上，不局限于宏观的凝固过程的研究，而是要在原子尺度上对移动的液/固界面的行为进行分析。与凝固技术的发展相适应，近年来凝固理论的研究在下列方面取得进展：从传热、传质和固/液界面动力学三个方面对凝固动力学过程给出了不断改进的定量描述；固/液界面形态稳定性理论继续完善，可在低速生长至高速生长的较宽范围内，全面估计界面能、界面曲率、结晶潜热等对晶体形貌及显微结构的影响，提供晶体形态转变的定量判据；大过冷和高生长速率下的凝固热力学和动力学研究不断深入，为合金快速凝固过程的分析和设计提供了依据。 本文将概略介绍近年来凝固理论的某些研究成果；对快速凝固条件下的热力学和形核、生长动力学，以及相选择和显微结构的形成等问题给出定量的表述，以便更有效地对合金的快速凝固过程进行分析、设计和控制。

快速凝固技术概述

快速凝固技术国内外发展及其应用 1.快速凝固技术国内外发展 随着对金属凝固技术的重视和深入研究,形成了许多种控制凝固组织的方法,其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段,同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。 快速凝固的概念和技术源于20世纪60年代初Duwez等人的研究，他们发现某些共晶合金在平衡条件下本应生成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固合金液滴被气体喷向冷却板时，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步生成非晶体。上述结果稍后被许多研究结果所证实，而且由此发现一些材料具有超常的性能，如电磁、电热、强度和塑性等方面的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。20世纪70年代出现了用快速凝固技术处理的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应用取得重大进展。快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重要领域，也是研究开发新材料手段。 快速凝固一般指以大于 5 10 ～ 6 10 K/s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的 凝固过程，通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大,生长速率高,使固液界面偏离平衡,因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。加快冷却速度和凝固速率所起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示。从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变化[1]。 快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。 1.1快速凝固技术的主要方法 (1)动力学急冷快速凝固技术 动力学急冷快速凝固技术简称熔体急冷技术，其原理可以概括为：设法减小同一时刻凝固的熔体体积与其散热表面积之比，并设法减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以

3D打印快速成型技术

特种加工论文 题目 3D打印快速成型技术 姓名 专业 班级 学号

3D打印快速成型技术 摘要： 本文主要介绍了特种加工中3D打印快速成型技术，首先介绍它的加工原理，然后分析它的特点、加工方式，然后说明其在实际生产中的主要应用以及发展方向。 关键词：特种加工技术，3D打印快速成型，特点，应用。 Abstract： This article mainly introduced the special processing of 3 d printing rapid prototyping technology, introduces its processing principle, and analyzes its characteristics, processing methods, and then explain the main application in practical production and the development direction. Key words：Special processing technology, 3 d printing rapid prototyping, characteristics, application. 一、引言 3D打印（3D PRINTING ）即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起的一门新兴的技术，是21世纪制造业最具影响的技术之一。随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技传播的速度，产品的生命周期越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和成本上的竞争，而更重要的是产品上市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和3D打印增加产品的信息量，以便更快的

快速成型.论文

学校：江西应用技术职业学院班级：10机自03班 姓名：刘云成 指导老师：谢老师

快速成型技术的研究现状与最新发展 10机自03班刘云成 摘要 快速成型（简称RP）技术是近20年来制造领域中一个革命性的技术突破，它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同，更重要的是当前新产品开发是以市场反应为第一晴雨表，产品竞争越来越激烈，应用RP技术就可以在不开模具的前提下，迅速可以得到产品原型，快速响应市场。并且缩短产品开发周期，降低开发成本。 本文主要讲述快速成型技术的概念、原理以及研究现状和最新发展。快速成型基于离散-堆积的思想，将一个物理实体复杂的三维加工，离散成一系列二维层片，然后逐点逐面进行材料的堆积成型，是一种降维制造或者称增材制造技术。成型过程不必采用传统的机械加工的夹具和模具，大大降低了加工难度，并且成型过程的难度与待成型物理实体的形状和结构的复杂程度无关。快速成型技术与数控加工、铸造、金属冷喷涂、模具制造等手段相结合，已成为产品快速制造的强有力手段，在轻工产品、航空航天、汽车、摩托车、家电、生物等领域得到了广泛应用。 关键字：快速成型研究现状最新发展 一、快速成型技术的原理

1.1快速成型的过程 快速成型属于离散/堆积成型，它将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件。然后进行坯件的后处理，形成零件。快速成型的过程如图1-1所示，包括如下几个主要几个步骤： （1）产品三维模型的构建 由于RP系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works ,NX等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 （2）三维模型的近似处理 由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和ASCll码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比ASCII码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。很多CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。 （3）三维模型的分层处理 根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm 至0.5mm，常用0.1mm。间隔越小，成型精度越高（ployjet技术分层厚度可以做到 0.0016mm,所以出的模型精度很高），但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。 （4）成型加工和模型精度 根据模型文件分层处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然 后将各层相粘结（有的技术是层堆积和固化，同步完成，如Objet的ployjet技术）， 最终得到原型产品。 （5）成型零件的后处理 不同的成型工艺，其后处理复杂与简单程度不同。有的成型工艺需要从成型系统里取出成型件后，再次进行打磨、抛光和繁杂的二次固化以及去处支撑材料等，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度，如SLA。有的成型工艺则 只需要很简单的后处理，无需打磨和二次固化等。如Objet的ployjet技术。 构造三生成 数据 接口 分 层 处 生 成 加 实 体后 处