3-2-王玉明院士第二部分.pdf

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1、增材制造驱动制造业创新朱刚清华大学机械工程系提纲2 增材制造技术的迅猛发展 增材制造带来的创新 增材制造的各领域应用 增材制造如何驱动制造业创新 结论3三足鼎立的制造技术 等材制造 高效、低成本 批量化 需要模具等生产准备 2200年前秦工匠运用了铸造、锻打、焊接、镶嵌、销接、活铰连接、转轴等各种工艺技术 减材制造 较高的柔性、优质 高精度 高档数控机床与编程 切削刀具秦始皇帝陵铜车马制造技术航发整体叶盘五轴铣削技术4三足鼎立的制造技术 增材制造 创新设计、创新功能 节材、创材、创生 效率、成本、个性化定制 生产模式变革，供应体系批量效率创新功能创新材料全数字化柔性制造，控形控性 高度自动化、

2、智能化、网络化 性能优于铸件、与锻件相当，甚至优于锻件 原材料形状较统一（粉、丝、板）5增材制造技术特点任何材料对塑料、金属及其合金、陶瓷、食材、纤维、复合材料等任意形状 将复杂三维结构降维制造，适应于任意复杂形状零件的制造任意批量个性化定制(如人工骨、牙齿等)、小批量复杂零件(如航天）、批量化汽车模具等任何领域航空航天、海工、能源动力、生物医疗、汽车、建筑、轨道交通、文化创意等任何场所家庭、办公室、工厂、战地、在役装备、空间站直至未来太空基地5个任意6增材制造技术特点 制造柔性的选择l 尺寸柔性l 复杂度柔性l 材料柔性增材制造技术的研究意义-颠覆性创新2021年1月，美国国防部发布首份国防

3、部增材制造战略，为增材制造技术研发与转移提供一套共享指导原则和框架2022年2月，美国将增材制造列入对美国国家安全至关重要的最新关键和新兴技术清单。83D打印技术的迅猛发展 4D打印l智能材料多种聚合物复合材料形状记忆聚合物形状记忆合金l条件及环境作用物理条件：力、电场、磁场、光强、化学条件：pH值、浓度、温度等l应用生物医药、组织工程执行器、传感器仿生结构93D打印技术的迅猛发展 生物打印（5D打印）将使类生命体及器官再造成为可能l 打印可降解/可活化乳腺植入物与乳腺组织的力学柔性匹配材料降解与组织生长相匹配l 打印可跳动的血管化心脏 微纳打印电传导纤维模拟电信号刺激网络Lee et al.

4、Science,2019,365,482-487 打印可呼吸的血管化肺泡三维微血管网络的生物水凝胶打印血管流动与呼吸功能的关系Grigoryan et al,Science,2019,364,458-464机理仿生结构仿生系统仿生l 神经网络与类脑组织打印工程神经组织与人体的融合 活性脑组织工程化构建探索提纲10 增材制造技术的迅猛发展 增材制造带来的创新 增材制造的各领域应用 增材制造如何驱动制造业创新 结论3D打印带来的设计创新增材制造为轻量化、高效换热等功能优先的结构设计开拓了思路流体结构轻量化复合材料减振结构变形隔离结构-材料-制造一体化减振降噪轻质隐身热热交换器阻火器隔热随形流道仿生

5、结构123D打印带来的设计创新 轻量化-拓扑结构与优化l 某飞机发动机传动壳体优化实现减重17.3%，流阻降低11.3%拓扑优化流道优化l 静子件的格栅结构设计减重15%l 某承力结构件拓扑优化设计减重20%133D打印带来的设计创新 创新材料-多材料、功能梯度结构l 金属-金属梯度结构（镍铬-铜，钢-铜-钛等）l 金属-陶瓷梯度结构 兼有金属和陶瓷优点，其中陶瓷高硬度、耐磨性和耐腐蚀性，金属延展性、高导热性和导电性Ti/SiC 梯度材料 镍铬-铜发动机梯度结构：热扩散率提高250，电导率提高300，提高发动机的寿命和燃油效率 智能结构：打印过程中嵌入功能器件（传感器等）嵌入功能器件143D打

6、印带来的设计创新 高效换热l 结构构型、功能一体化设计3D打印制造耐高温、高压的仿生结构超高性能换热器，比现有热交换器耐温提高250铜合金高效散热模块GE Research3D打印仿生高效散热模块15材料领域创新 材料基因组设计的验证平台l 拓展了3D打印可成形材料的体系增材制造石墨烯及-ZrO2/AlSi10Mg复合材料，强度和强韧同步大幅提高16材料领域创新 复合材料结构制造l 3D打印复合材料实现电磁屏蔽结构多功能制造l 多材料仿生复合装甲l 防裂纹扩展材料是传统纤维复合材料的1.7倍多材料仿生复合装甲西安交大学提出一种连续纤维复材3D打印制造电磁屏蔽体的方法麻省理工3D打印仿海螺壳的工