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全面分析美国增材制造技术路线图

2016-01-20 10:32
林契于宸
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  日前,国家增材制造创新机构发布了公开版的技术路线图,勾勒了未来5年的该机构乃至美国增材制造工业技术发展的路径。路线图包括设计、材料、工艺、价值链和增材制造基因组5个领域:

  图1 技术路线图领域层

  设计。包含3个子方向:生物启发设计与制造,产品与工艺设计辅助手段/程序,成本与能耗因素分析/建模。旨在开发可共享的设计方法与工具,变革设计理念,使增材制造零件设计打破固有流程。设计领域要提出填补差距的解决方案,避免受到当前CAD/CAM/CAE/PLM工具和设计思维的约束,它们是为常规制造工艺开发的,因此从根本上存在局限。领域关注点和相关影响分析指标包括:复杂度开发,3D功能梯度材料,多材料集成,基于模型的检测,产品个性化与定制化。

  图2 设计子方向的成熟化需求

  材料。包含3个子方向:“非特定”增材制造技术包,材料性能表征,下一代材料。旨在围绕增材制造性能表征基准,构建知识体系,消除成品材料性能的波动。材料领域要构建一个范本,以微尺度层面上对增材制造工艺的物理学控制,代替工艺参数和成品微结构控制,完全按照设计实现一致的、可重复的产品微结构和性能。领域关注点和相关影响分析指标包括:标准化的原材料,基准材料性能数据,“工艺-性能-结构”关系,工艺窗口边界定义,后处理指南与规范。

  图3 材料子方向的成熟化需求

  工艺。包含3个子方向:多材料输送与沉积系统,下一代机床,工艺温度梯度控制。旨在提升增材制造机床的速度、精度和细节分辨率,并且适应大批量生产,提高成品零件质量。工艺领域要开发“机床级”工艺性能提升所需的关键技术和相关子系统,类似于柔性制造系统。领域关注点和相关影响分析指标包括:制造速度,精度,细节制造能力,表面质量,最大零件尺寸。

  图4 工艺子方向的成熟化需求

  价值链。包含6个子方向:先进感知与探测手段,数字线集成,智能机床控制方法,快速检测技术,修理技术,标准/模式/协议。旨在逐渐降低端到端价值链成本,缩短增材制造产品的上市时间。价值链领域要开发快速合格鉴定/认证方法,以及从全盘角度,在整个产品寿命周期中集成相关技术,包括材料和产品可回收性。这一领域已经在国防部ManTech计划先进制造企业(AME)投资科目中被确认为构建单一集成数字线的首要关注点,可以帮助确认所需的工人技能和使能手段,以及凸显面向快速设计与检测的新技术需求,比如提高生产率的设计辅助手段和计算机程序。领域关注点和相关影响分析指标包括:工艺成本,原材料成本,质量控制成本,工人生产率成本,能量效率成本。

图5 供应链子方向的成熟化需求

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