快速凝固技术
摘要
本文主要通过对快速凝固的发展及现象分析了快速凝固的一些基本原理，阐述了快速凝固的实现途径及快速凝固的一些方法，然后从快速凝固的原理出分，简单介绍了凝固技术在非晶制备过程中的应用。
关键字：快速凝固非晶合金凝固原理
1.引言
在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要的影响。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。快速凝固是通过合金熔体的快速冷却（≥104~106KS-）或非均匀形核被遏制，是合金在大的过冷度下发
生高生长速率的凝固。采用快速凝固技术制备快速凝固微晶，准晶，非晶等非平衡亚稳新型结构及功能材料，是提高传统金属材料性能，挖掘现存材料性能潜力和研究开发高性能新材料的重要手段之一。利用快速冷却的技术不仅可以显著改善合金的微观组织，提高其性能，而且可以言之在常规铸造条件下无法获得的具有优异性能的新型合金。
2.快速凝固简述
快速冷却技术起源于1960年Duwez教授采用独特的急冷急速使金属凝固速度道道106K/s 而制备出的Au75Si25非晶合金薄带。他们的发现，在世界的物
理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的广阔的研究领域。在快速凝固条件下，
凝固过程的一些传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡。经典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应，成为凝固过程研究的一个特殊领域。进入70年代，非晶态材料领域的研究更为活跃，可制备出连续的等截面长薄带技术得到了发展，金属玻璃（Metagla）非同寻常的软磁性（高饱和磁化强度、非常低的矫顽磁性、零磁颈缩和高电阻率），促进了该领域的研究，同时也推动了这些新型磁性材料（尤其是变压器磁芯材料）的应用和发展； 80年代，可制备Φ300、Φ200管；90年代，可制备Φ600，长1M的管、坯。
在凝固过程中获得足够高的冷却速度需满足两个重要条件，首先，在理想冷却过程中，凝固冷速T与截面厚度Z（mm）有以下关系：T＝104Z－2表明凝固冷速与截面Z的二次方成反比。因此，熔化金属必须以至少在一维方向上足够小的流速形式输送，使之具有高比表面积，以利于热量迅速散失。其次，通过增大液态合金表面积，以最大程度地增加熔体与冷却介质的接触来迅速散热，这可以在加工过程中通过改变熔体形状（如将熔体铺展在基底上形成薄膜），或将熔体分散成小液滴（如雾化）来实现。目前实现快速凝固的途径主要有2条：第一，急冷快速凝固技术。利用对流促进热传导和利用与金属接触促进热传导，通过急冷抑制形核，达到动力学过冷的瞬态过程，制备出薄带、细丝或粉状的低维材料；急冷技术的关键是提高凝固过程中熔体的冷却速度，因此在减少单位时间内金属凝固过程时产生的熔化潜热的同时还需要提高凝固过程的传热速度。急速快冷凝固技术可分为模冷技术（该技术是使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热而实现快速凝固。其主要特点是首先把熔体分离成连续或不连续的、界面尺寸很小的熔体流，然后使熔体流与旋转或固定的、导热良好的冷模或基底
迅速接触而冷却凝固）雾化技术（雾化技术是指采用某种措施将熔体分离雾化，同时通过对流的冷却方式凝固，其主要特点是在离心力、机械力或高速流体冲击力等作用下分散成尺寸极小的雾状熔滴在气流或冷模接触中迅速冷却凝固。又分为流体雾化法；离心雾化法和机械雾化法）和表面熔凝与沉积技术三类。通过急冷技术生产的产品通常尺寸较小，常常需要通过固结成型技术进行进一步的加工。
第二，深过冷快速凝固技术。通过对液态金属的微观净化，获得热力学深过冷，在大过冷条件下实现液态金属的大过冷快速凝固。包括熔滴分散法、悬浮熔凝法和玻璃体处理法。深过冷技术的关键是消除熔体中的异质形核点(杂质、容器壁) 。通常采用熔融玻璃净化技术、液滴乳化技术、无容器技术等实现深过冷。大过冷冷凝固技术的特点是在熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而在形核前获得最大的过冷度。熔体主要是通过导
热性差的介质传热或以辐射传热的方式冷却。主
要方法有乳化法，两相区法，电磁悬浮法，落管
法，微重力法，循环过热净化法，熔融玻璃净化
法，化学净化法和复合净化法等。
3. 快速凝固方法
3.1气枪法(gun technique)
如图1所示，这种方法的基本原理是将熔解的合金液滴，在高压( >50 atm)惰性气体流(如Ar 或He)的突发冲击作用下，射向用高导热率材料(经常为纯铜)制成的急冷衬底上，由于极薄的液态合金与衬底紧
密相贴，因而获得极高的冷却速度( >109℃/S) 。
这样得到的是一块多孔的合金薄膜，其最薄的厚度小于0.5~1.0 μm (冷速达109℃/S)。Duwez 等人首次获得熔体急冷合金时，使用的就是这种方法。目前在某些实验室研究工作中，这种方法仍被使用。
3.2旋铸法(chill block melt-spinning)
旋铸法是将熔融的合金液自钳锅底孔射向一高速旋转的、以高导热系数材料制成的辊子表面。由于辊面运动的线速度很高( >30~50 m/s)，故液态合金在辊面上凝固为一条很薄的条带(厚度不到15-20μm 左右)。合金条带在凝固时是与辊面紧密相贴的，因而可达到(106~107 ℃/S)的冷却速度。显然，辊面运动的线速度越高，合金液的流量越大，则所获得的合金条带就越薄，冷却速度也就越高。用这种方法可获得连续、致密的合金条带。不但可以方便地用于各种物理、化学性能的测试，而且可以作为生产快速凝固合金的工艺方法来使用，目前己成为制取非晶合金条带较为普遍采用的一种方法。
3.3工作表面熔化与自淬火法(surface melting and self-quenching)
用激光束或电子束扫描工件表面，使表面极薄层的金属迅速熔化，热量由下层基底金属迅速吸收，使表面层(<10 μm ）在很高的冷却速度(>108℃/S)下重新凝固。这种方法可在大尺寸工件表面获得快速凝固层，是一种具有工业应用前景的技术。
3.4雾化法(atomization)
见图2，普通雾化法其冷却速度不
超过102~103
℃/S 。为加快冷却速度，采
取冷却介质的强制对流，使合金液在N 2
、
Ar、He等气体的喷吹下，雾化凝固为细粒，或使雾化后的合金在高速水流中凝固。另一种雾化法是将熔融的合金射向一高速旋转(表面线速度可达100m/s)的铜制急冷盘上，在离心力作用下，合金雾化凝固成细粒向周围散开，通过装在盘四周的气体喷嘴喷吹惰性气体的加速冷却。用雾化法制得的合金颗粒尺寸一般为10-100μm。在理想的条件下，可达到106 ℃/S的冷却速度。这些合金粉末通过动态紧实，等热静压或热挤等工艺，制成块料及成型零件。
4.快速凝固技术的基本现象和理论分析
4.1基本现象
偏析形成倾向减小随着凝固速率的增大，溶质的分配因数将偏离平衡，其趋势是不论溶质分配系数k>1还是k<1，实际溶质分配因数总是随着凝固速率的增大趋近于1 ，快速凝固的偏析程度大幅度降低。因此，晶粒尺寸、枝晶间距和组元粒子、析出相及弥散相尺寸的细化使材料均匀化时间明显减少，如，在常规凝固条件下，1600K时，W在Ni中达到99%均匀程度所需的时间为16H，此时偏析间距为100μm；而在RS合金中偏析间距仅为1μm，相应的均匀化时间仅为6S，所以在快速凝固材料中获得均匀的化学成分要容易得多。非平衡相的形成在快速凝固条件下，平衡相的析出可能被抑制，析出非平衡的亚稳相。凝固组织细化大的冷却速率不仅可以细化枝晶，而且由于形核速率的增大而使晶粒细化。随着冷却镀铝的增大，晶粒尺寸减小，获得微晶，乃至纳米晶。
微观凝固组织的变化微观组织的变化包括微观组织形貌转变和尺寸细化（如晶粒和相的尺寸、形状和分布）。在凝固过程中，冷却速率的变化会对凝固组织产生影响，当达到绝对稳定的凝固条件时，可获得无偏析的凝固组织。除此
之外，大冷却速率还可以使析出相的结构发生变化。随合金类型与成分的变化，相同成分的合金在不同冷却速率下可获得不同的组织。 形成非晶态组织 当冷却速率极高（凝固条件适当）时，结晶过程将被完全抑制，获得非晶态的固体。
4.2 理论分析
针对快速凝固中的带状组织Coriell 和Sekerka 首先提出了包括非平衡效应的界面稳定性模型，指出稳定生长的界面可以发展成不稳定的震荡形态，而且这种震荡只能发生在界面前沿。Mullins 与Sekerka （M-S ）认为凝固过程中的固液界面原本就不是平的界面，是存在又很小凹凸的曲面，这个凹凸的大小随温度与溶质浓度的变化而变化。M-S 将其称为扰动，并假设这种扰动按正弦波的形式分布，其界面方程为。式中为扰动振幅，为扰动频率。这样液相中的浓度及固液两相中的温度分布可由以下三个方程来表示
Jonsson 则认为带状组织是溶质拖动的结果。Carrard 等的模型考虑了胞枝组织向平界面组织的转变，是一个唯像模型，可以定性描述带状组织的形成和生长，其缺陷是没有考虑潜热效应。Karma 和Sarkissian 建立的是一个数值模型，为了问题的可解性不得不对包晶生长区界面的扰动幅度进行限制。在模型中考虑了潜热效应，潜热导致了生长界面前沿再辉现象的出现，他们认为在带状组织出现的生长速度范围内，由潜热产生的影响是巨大的，这样再辉造成的界面前沿温度的变化与外界温度梯度变化造成的温度变化相比大得多，
也就是说界面前沿的
温度变化主要是由结晶潜热控制，这意味着带间距与温度梯度的相干性较小。而Carma认为带间距与温度梯度成反比。Jonsson认为带间距主要由热扩散系数决定，扩散系数越大，亮带越宽
5.快速凝固在非晶制备中的应用
在足够高的冷却速度下，液态合金可避免通常的结晶过程（形核和生长），而在过冷至某一温度（称玻璃转化温度glass transition temperature）以下时，其内部原子冻结在还是液态时所处的位臵附近，从而形成非晶结构。由于是从液态连续冷却而形成的非晶固体，故经快速凝固所得到的非晶态合金亦被称为金属玻璃。
合金的熔点或平衡液相线越低，玻璃转化温度越高，则越容易在连续冷却过程中避免结晶过程的发生，最后在Tg温度转变为非晶态合金。任何一种合金熔体都有可能过冷至Tg而不发生结晶过程，从而形成非晶结构。只是不同的合金，其形成非晶态的临界冷却速度（Rc）会有很大的差别。所以，可用形成非晶结构的临界冷却速度来定量表征一种合金形成玻璃态的能力。一般将临界冷却速度Rc<106~107℃/s的合金列为容易非晶化的合金。一些工业价值较大的Fe-、Ni-、Co-基非晶合金，其临界冷却速度大都在104~106℃/s的范围内，这些合金在旋铸等方式的快速凝固后，可形成厚度大于15-20μm的非晶条带。但大部分常规的工业合金，其临界冷却速度远高于此，故在目前的快速凝固技术条件下，还不容易形成非晶结构。
5.1喷枪法
杜威兹最早用喷枪法制备非晶薄片。将少量合金装入底
部有小孔的石墨坩埚中，由感应加热或电阻加热，在惰性气体中使之熔化。合金熔体的表面张力高，不致从小孔漏出。随后用冲击波使熔体从小孔中快速喷出，并在冷却基板上形成薄膜。喷枪法的冷却速率很高，可达106-108K/s，可制成宽约10mm，长为20-30mm，厚为20-50μm的非晶薄片，但形状不规则、厚度不均匀。
5.2活塞砧座法
活塞砧座法也可制备非晶薄片。让合金液滴被快速移动的活塞打在金属砧座上，液滴被迅速压平并冲击成非晶薄片。活塞法的冷却速率可达到106-107K/s，样品的厚度可达30-80μm，均匀性和光洁度比喷枪法好。
5.3气体雾化法
图(a)所示，气流本身还是淬火冷
却剂，也可用液体(如水)代替气
体作淬火介质，提高冷速，但得
到的颗粒形状不规则。同时使用
气体和液体喷流，如图(b)所示，
单辊急冷法和双辊急冷轧制法可制备非晶带材。用惰性气体将液态合金从直
径为0.2-0.5mm的石英喷嘴中喷出，连续喷射到高速旋转(2000-10000r/min)的
冷却圆筒表面或一对轧辊之间，液态合金由于急冷形成非晶态。
总结
在快速凝固过程中，固液界面的形态以及溶质分配对凝固组织形貌有重要影响，尽管目前的快速凝固理论对凝固动力学过程给出了不断改进的定量描述，提供了晶体形态转变的定量判据，但仍有许多方面需要深入研究。同时要提高其实际应用中的工业化生产效率。在理论方面要加强多元系合金凝固过程的研究和计算机模拟的应用。
参考文献
[1] 周尧和，胡壮麟，介万奇. 凝固技术. 北京：机械工业出版社，1998.227.
[2] 沈宁福，汤亚力，关绍康等. 凝固理论进展与快速凝固. 金属学报，1996.32
（7）：673
[3] 胡汉起. 金属凝固原理. 北京：机械工业出版社，1991.184.
[4] 张瑞丰，沈宁福. 快速凝固技术与新型合金的研究现状及展望. 材料科学与
工程，2001，19（4）：143
[5] 程天一，章守华. 快速凝固技术与新型合金. 北京：宇航出版社.1990.
[6] 李月珠. 快速凝固技术和材料. 北京：国防工业出版社，1993.
[7] 王自东，胡汗起. 单项合金凝固界面形态稳定非线性动力学理论. 中国科学，
1999，29:1.
[8] Tiller W A, Jackson K A, Rutter J W et al. The Redistribution of Solute
Atoms During the Solidificationof Metals[J]. Acta
Metallugica,1953,1(7) : 428.
[9] 王自东,周永利,常国威等.控制单相合金凝固界面形态非线性动力学方程.
中国科学(E 辑),1999,29:1.
[10] 陈魁英,李庆春.快速凝固下溶质分配模型研究.材料科学与工
程,1994,12(4):43-51.
[11] Rutter J W and Chalmers B. A Prismatic of Solute atoms During the
Solidification Metals[J]. Can J Phys,1953, 31:15.
[12]董翠粉，米国发《快速凝固技术及在铝合金中的应用》航天制造技术 2008
8月第4期 43-46
[13]李素萍，毛协民，梁红玉，胡志恒《快速凝固雾化工艺对铝合金粉末形貌
和粒度分布的影响》铸造技术 2005年4月26卷第4期 264-266
[14]罗海荣，崔华，李永兵，郝斌，蔡元华，张济山《喷射沉积快速凝固技术
制备镁合金的研究现状及展望》材料导报 2006年8月第20卷第8期119-126
[15]刘志光，柴丽华，陈玉勇，孔凡涛《快速凝固TiAl化合物的研究进展》金
属学报 2008年5月第44卷第5期 569-573
[16]徐锦峰，魏炳波《急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律》物
理学报 2004年6月第53卷第6期 1909-1915
[17]顾城万《铸造生产过程中的快速凝固技术浅析》青海科技 2007年第6期
59-61
[18]王倩，李青春，常国威《快速凝固技术的发展现状与展望》辽宁工学院学
报 2003年10月第23卷第5期 40-44
1
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 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
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 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。
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。
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
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
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 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 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
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
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