美國增材制造創(chuàng)新機構(gòu)的技術(shù)路線圖和項目概覽

技術(shù)路線圖領(lǐng)域?qū)?/div>

2015年9月14日，國家增材制造創(chuàng)新機構(gòu)發(fā)布了公開版的技術(shù)路線圖，勾勒了未來5年的該機構(gòu)乃至美國增材制造工業(yè)技術(shù)發(fā)展的路徑。路線圖包括設(shè)計、材料、工藝、價值鏈和增材制造基因組5個領(lǐng)域：

設(shè)計。包含3個子方向：生物啟發(fā)設(shè)計與制造，產(chǎn)品與工藝設(shè)計輔助手段/程序，成本與能耗因素分析/建模。旨在開發(fā)可共享的設(shè)計方法與工具，變革設(shè)計理念，使增材制造零件設(shè)計打破固有流程。設(shè)計領(lǐng)域要提出填補差距的解決方案，避免受到當前CAD/CAM/CAE/PLM工具和設(shè)計思維的約束，它們是為常規(guī)制造工藝開發(fā)的，因此從根本上存在局限。領(lǐng)域關(guān)注點和相關(guān)影響分析指標包括：復(fù)雜度開發(fā)，3D功能梯度材料，多材料集成，基于模型的檢測，產(chǎn)品個性化與定制化。

設(shè)計子方向的成熟化需求

材料。包含3個子方向：“非特定”增材制造技術(shù)包，材料性能表征，下一代材料。旨在圍繞增材制造性能表征基準，構(gòu)建知識體系，消除成品材料性能的波動。材料領(lǐng)域要構(gòu)建一個范本，以微尺度層面上對增材制造工藝的物理學(xué)控制，代替工藝參數(shù)和成品微結(jié)構(gòu)控制，完全按照設(shè)計實現(xiàn)一致的、可重復(fù)的產(chǎn)品微結(jié)構(gòu)和性能。領(lǐng)域關(guān)注點和相關(guān)影響分析指標包括：標準化的原材料，基準材料性能數(shù)據(jù)，“工藝-性能-結(jié)構(gòu)”關(guān)系，工藝窗口邊界定義，后處理指南與規(guī)范。

材料子方向的成熟化需求

工藝。包含3個子方向：多材料輸送與沉積系統(tǒng)，下一代機床，工藝溫度梯度控制。旨在提升增材制造機床的速度、精度和細節(jié)分辨率，并且適應(yīng)大批量生產(chǎn)，提高成品零件質(zhì)量。工藝領(lǐng)域要開發(fā)“機床級”工藝性能提升所需的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)子系統(tǒng)，類似于柔性制造系統(tǒng)。領(lǐng)域關(guān)注點和相關(guān)影響分析指標包括：制造速度，精度，細節(jié)制造能力，表面質(zhì)量，最大零件尺寸。

工藝子方向的成熟化需求

價值鏈。包含6個子方向：先進感知與探測手段，數(shù)字線集成，智能機床控制方法，快速檢測技術(shù)，修理技術(shù)，標準/模式/協(xié)議。旨在逐漸降低端到端價值鏈成本，縮短增材制造產(chǎn)品的上市時間。價值鏈領(lǐng)域要開發(fā)快速合格鑒定/認證方法，以及從全盤角度，在整個產(chǎn)品壽命周期中集成相關(guān)技術(shù)，包括材料和產(chǎn)品可回收性。這一領(lǐng)域已經(jīng)在國防部ManTech計劃先進制造企業(yè)（AME）投資科目中被確認為構(gòu)建單一集成數(shù)字線的首要關(guān)注點，可以幫助確認所需的工人技能和使能手段，以及凸顯面向快速設(shè)計與檢測的新技術(shù)需求，比如提高生產(chǎn)率的設(shè)計輔助手段和計算機程序。領(lǐng)域關(guān)注點和相關(guān)影響分析指標包括：工藝成本，原材料成本，質(zhì)量控制成本，工人生產(chǎn)率成本，能量效率成本。

供應(yīng)鏈子方向的成熟化需求

增材制造基因組。包含3個子方向：基準驗證用戶案例，模型輔助的性能預(yù)測，基于物理學(xué)的建模與仿真。旨在逐漸減少增材制造新材料設(shè)計、開發(fā)與合格鑒定所需的成本和時間�；�因組領(lǐng)域要開發(fā)新的計算方法，比如基于物理學(xué)的和模型輔助的材料性能預(yù)測工具；開發(fā)驗證計算預(yù)測方法所需的基準數(shù)據(jù)集；針對增材制造的每個新材料-工藝組合，開發(fā)材料性能表征的新概念，打破設(shè)計容許值的傳統(tǒng)開發(fā)路線。領(lǐng)域關(guān)注點和相關(guān)影響分析指標與美國國家材料基因組計劃相似，包括：計算機輔助材料開發(fā)，模塊化開放式仿真架構(gòu)，訪問透明化的材料性能數(shù)據(jù)，多尺度數(shù)據(jù)管理和共享，高效的材料性能表征方法。

增材制造基因組子方向的成熟化需求

五個子方向的成熟化需求

領(lǐng)域	子方向	成熟化需求
設(shè)    計	生物啟發(fā)設(shè)計與制造	用于Ti-64合金直接金屬激光燒結(jié)的蜂窩有限元分析技術(shù)模型
		用于蜂窩結(jié)構(gòu)的高效結(jié)構(gòu)分析算法
	成本與能耗因素分析/建模	Ti-64合金直接金屬激光燒結(jié)工藝的生產(chǎn)成本建模
		Ti-64合金電子束熔化工藝的生產(chǎn)成本建模
		“搖籃到搖籃”壽命周期能耗建模
		產(chǎn)品/工藝族能耗建模
	產(chǎn)品與工藝設(shè)計輔助手段/程序	熔融沉積成形的ULTEM 9085工裝設(shè)計指南
		選區(qū)激光燒結(jié)的碳纖維增強靜電釋放聚醚酮酮拓撲優(yōu)化指南
		集成的增材制造和二次加工支持指南
		熔融沉積成形的ULTEM 9085零件設(shè)計和制造路徑指南
		可連接CAD的專家設(shè)計顧問
		基于規(guī)則的面向制造的設(shè)計（DFM）方法與算法
		設(shè)計規(guī)范詢問算法
		工藝/材料/機床一致性的自動生成
		推薦快速合格鑒定/認證手段的設(shè)計顧問
材    料	“非特定”增材制造技術(shù)包	Ti-64和Co-Cr的電子束熔化工藝驗證工藝路線圖
		Ti-64和Co-Cr的直接金屬激光燒結(jié)工藝驗證工藝路線圖
		Ti-64和IN718的激光近凈成形工藝窗口表征
		面向超聲無損檢測的電子束定向能沉積的Ti-64微結(jié)構(gòu)
	材料性能表征	熔融沉積成形的ULTEM 9085 B基設(shè)計許用值
		選區(qū)激光燒結(jié)的碳纖維增強靜電釋放聚醚酮酮B基設(shè)計許用值
		選區(qū)激光燒結(jié)的聚醚酮酮表征
		選區(qū)激光燒結(jié)的Cu表征
		電子束熔化的Ti-64和Co-Cr給料與性能的關(guān)系
		直接金屬激光燒結(jié)的Ti-64和Co-Cr給料與性能的關(guān)系
		電子束熔化的Ti-64和Co-Cr絲線給料對微結(jié)構(gòu)的影響
		直接金屬激光燒結(jié)的Ti-64和Co-Cr絲線給料對微結(jié)構(gòu)的影響
		電子束熔化的Ti-64 B基設(shè)計許用值開發(fā)
	下一代材料	選區(qū)激光燒結(jié)的碳纖維增強靜電釋放聚醚酮酮可回收性指南
		低成本循環(huán)利用的Al材料規(guī)范
		鍛造工具耐磨涂層指南
		生物相容/生物可吸收的黏合劑噴射Fe-Mn材料
		材料可回收性指標
工    藝	多材料輸送與沉積系統(tǒng)	3D梯度材料沉積控制
	工藝溫度梯度控制	工藝溫度實時分析方法
	下一代機床	模塊化激光近凈成形機床翻新系統(tǒng)
		低成本循環(huán)利用的Al材料桌面打印機
		微電感燒結(jié)試驗臺
		高產(chǎn)出的Ni和Ti激光熱絲線工藝
		增材與減材混合系統(tǒng)
		開源可編程邏輯控制架構(gòu)
供    應(yīng)    鏈	先進感知與探測手段	用于電子束熔化和激光近凈成形工藝的多傳感器熱成像系統(tǒng)
		熱成像數(shù)據(jù)的3D可視化手段
		激光粉末床熔融工藝缺陷的原位監(jiān)測傳感器試驗臺
		激光粉末床熔融熱塑性塑料的紅外成像
	數(shù)字線集成	面向增材與二次加工集成的基于模型的企業(yè)（MBE）的手段
		“設(shè)計VS制造”公差的實時比較
	智能機床控制方法	工藝路線圖微結(jié)構(gòu)控制算法
		變形補償控制算法
		集成的增材與二次加工控制
		激光粉末床熔融熱塑性塑料的熱成像控制
		基于模型的閉環(huán)反饋控制算法
	快速檢測技術(shù)	逐層的3D質(zhì)量認證
		超合金激光粉末床熔融的原位質(zhì)量保證手段
		激光粉末床熔融的無損評估后檢測
		Ti和Ni合金的X射線CT無損檢測程序
	修理技術(shù)	H13模鑄工裝修理與翻新指南
		激光粉末定向能零件修理方法
	標準/圖表/協(xié)議	國家標準與技術(shù)研究院的輪詢調(diào)度協(xié)議
		激光粉末床熔融工藝控制的開放協(xié)議
		電子束定向能沉積的Ti-64超聲無損檢測協(xié)議
		數(shù)據(jù)存儲卡目錄與族譜
		工業(yè)專用合格鑒定/認證協(xié)議
		第三方數(shù)據(jù)記錄模板
		共享數(shù)據(jù)的存儲模式
增    材    制    造    基    因    組	基準驗證用戶案例	電子束定向能沉積的Ti-64超聲無損檢測試樣
		Ti和Ni合金的X射線CT無損檢測參考試樣
	模型輔助的性能預(yù)測	集成計算材料工程和數(shù)據(jù)存儲靜態(tài)模型鏈接
	基于物理學(xué)的建模與仿真	電子束熔化的Al材工藝建模
		激光粉末床熔融的Al材工藝建模
		直接金屬激光燒結(jié)工藝數(shù)值仿真方法
		激光近凈成形的Ti-64 ABAQUS有限元分析設(shè)置腳本
		激光粉末床熔融的Ni，Co和Ti變形建模

作為首家建立的制造創(chuàng)新機構(gòu)，國家增材制造創(chuàng)新機構(gòu)（現(xiàn)名“美國造”）已經(jīng)啟動三批共31個應(yīng)用研究項目，以及5個特別主題項目。這些項目的設(shè)置完全依照機構(gòu)制訂的技術(shù)路線圖，從設(shè)計、材料、工藝、供應(yīng)鏈和增材制造基因組這5個領(lǐng)域，促進美國增材制造工業(yè)基礎(chǔ)與創(chuàng)新能力的提升。36個項目中，國防工業(yè)牽頭承擔(dān)了9項，參與了至少12項；大學(xué)牽頭承擔(dān)了19項；其它增材制造廠商以及非盈利機構(gòu)牽頭8項。

國防工業(yè)牽頭項目

項目名稱	主要參與方	項目研究內(nèi)容
復(fù)雜復(fù)合材料工裝的熔融沉積成形	諾斯羅普·格魯門，密蘇里科技大學(xué)	利用ULTEM 9085材料等高溫聚合物，快速且經(jīng)濟地生產(chǎn)復(fù)合材料制造工裝。
高溫選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施成熟化	諾斯羅普·格魯門	為低成本高溫?zé)崴苄运芰祥_發(fā)制造工藝，并且探索材料可回收性與再利用。
電子束熔化Ti-6Al-4V增材制造驗證和設(shè)計許用值開發(fā)	諾斯羅普·格魯門，GE	演示Ti-6Al-4V鈦合金組件的全尺寸電子束增材制造，開發(fā)一整套材料設(shè)計許用值，在全尺寸電子束增材制造驗證組件上驗證無損檢測方法；評估向航空航天結(jié)構(gòu)以及推進裝置組件生產(chǎn)轉(zhuǎn)移的成熟度。
增材制造的數(shù)字線實施	波音，雷神，航空噴氣公司	開發(fā)集成的工藝和工具，通過減少材料沉積、組件精整工藝以及在工序間應(yīng)用自動化，減少制造成本和周期；通過結(jié)合創(chuàng)新的原位工藝監(jiān)測能力，將加工數(shù)據(jù)與整條數(shù)字線連接，為增材制造工藝提供更優(yōu)質(zhì)信息，驗證對加工成本、材料壽命周期成本、質(zhì)量控制成本、人工成本和能耗降低的影響；通過比較無損檢測結(jié)果與設(shè)計和工藝信息，增材制造工藝中獲得的數(shù)據(jù)還將用于實施進一步改進。項目將得到直接影響和監(jiān)測關(guān)鍵指標的成套信息以及支持增材制造工程與制造設(shè)計的信息，結(jié)合原位監(jiān)測能力以及數(shù)字線信息的連接與分析，將縮短產(chǎn)品上市時間并減少全壽命周期成本。
用于增材制造無縫化設(shè)計、分析、制造和重新設(shè)計的多學(xué)科設(shè)計分析	雷神，GE，ANSYS，Autodesk，Altair	面向增材制造設(shè)計、分析、制造和重新設(shè)計的無縫化工作流程，進行多學(xué)科設(shè)計分析，以優(yōu)化設(shè)計過程，讓工程和技術(shù)人員更方便地開發(fā)適合增材制造的、大規(guī)模定制化的工程解決方案。項目將開發(fā)“面向可制造性的設(shè)計（DFM）”標準與規(guī)則，實施增材制造CAD/CAM/CAE分析與設(shè)計優(yōu)化；開發(fā)設(shè)計輔助手段的關(guān)鍵技術(shù)元素（CTE），為設(shè)計團隊在增材制造與傳統(tǒng)工藝間進行權(quán)衡提供關(guān)鍵知識；建立基線方法論，在多種增材制造“材料-工藝族”候選方案間進行權(quán)衡，實現(xiàn)更優(yōu)決策。
航空航天組件激光粉末床生產(chǎn)的過程中質(zhì)量保證（IPQA）	GE航空，霍尼韋爾航宇，航空噴氣·洛克達因	為航空航天增材制造組件的大批量生產(chǎn)開發(fā)商業(yè)可用、獨立平臺的質(zhì)量保證技術(shù)，在開發(fā)中利用多種增材制造機床和超合金，對這種IPQA技術(shù)方案進行成熟化。
金屬粉末床增材制造的變形預(yù)測和補償方法開發(fā)	GE全球研究中心，霍尼韋爾，聯(lián)合技術(shù)公司研究中心	面向金屬粉末床增材制造，為基于物理學(xué)的熱變形預(yù)測與應(yīng)對工具建立基準并且進行驗證，以減少開發(fā)時間。項目將建立一套標準的增材制造設(shè)計規(guī)則和變形應(yīng)對實踐，以及對整個增材制造供應(yīng)基礎(chǔ)的相關(guān)培訓(xùn)。
形成健全的、用于金屬粉末床熔融增材制造系統(tǒng)第三方生態(tài)系統(tǒng)所需的柔性自適應(yīng)開放式架構(gòu)	GE全球研究中心，GE航空	開發(fā)并驗證粉末床燒結(jié)增材制造（PBFAM）的開放式架構(gòu)控制系統(tǒng)。機床供應(yīng)商的現(xiàn)有能力無法滿足工業(yè)界大批量生產(chǎn)的需求，很大程度上源自原始設(shè)備制造商采用的封閉式架構(gòu)。一個柔性、易適應(yīng)的PBFAM工藝的開放式架構(gòu)將助力“功能應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)”，讓輔助工藝所用的第三方硬件更容易集成到PBFAM機床中，加速增材制造的進步。項目將直接為GE全球研究中心的另一個開源項目提供支持。
粉末床增材制造研究的開源工藝控制*	GE全球研究中心，GE航空，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室	針對粉末床燒結(jié)激光增材制造（PBFAM），開發(fā)并驗證用于商業(yè)和客戶定制金屬增材機床的開源協(xié)議和機床控制器。工作核心是依據(jù)開源PBFAM社區(qū)的輸入開發(fā)稱為LAYER和SCAN的兩項新協(xié)議；采納LAYER和SCAN協(xié)議是一個快速獲取國際認可的戰(zhàn)略決策，因為兩項協(xié)議都是簡單而綜合、可升級、可擴展的，且獨立于各型PBFAM機床。為加速開發(fā)，團隊將利用已有的開源鋪層軟件以避免重復(fù)工作，一旦協(xié)議建立，將開發(fā)三個開源程序，基于STL文件驗證零件制造。

大學(xué)牽頭項目

項目名稱	主要參與方	項目研究內(nèi)容
熔融沉積成形的復(fù)合材料制造和液壓成形用快速簡潔工裝	密蘇里科技大學(xué)，諾斯羅普·格魯門	利用簡潔工裝，減少復(fù)合材料工藝中的材料使用需求，快速且經(jīng)濟地生產(chǎn)復(fù)合材料制造工裝。
用于工裝重置和翻新的增材制造工藝和工序的合格鑒定	西部保留地大學(xué)	開發(fā)、評估和鑒定工裝與模具的修理和重置方法，延長工裝使用壽命，減少能耗、成本和準備時間。
粉末床金屬增材制造工藝的快速合格鑒定方法	西部保留地大學(xué)	通過激光燒結(jié)和電子束熔化粉末床工藝研究，提升對微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的控制能力；建立基于工藝的、生產(chǎn)量可變的成本模型。
使用激光熱絲線工藝的高產(chǎn)出功能材料沉積	西部保留地大學(xué)，RTI國際金屬公司	面向不同的高產(chǎn)出功能材料沉積應(yīng)用，評估一個激光輔助的、基于絲線的增材制造工藝，針對激光/粉末增材制造工藝建立基準。
用于增材制造過程監(jiān)測和控制的熱成像	賓夕法尼亞大學(xué)	面向電子束直接制造和激光凈近成形工藝的過程監(jiān)測和控制，拓展熱成像的應(yīng)用，實現(xiàn)全局溫度場的3D可視化以及對電子束或激光粉末工藝的基于熱成像表征的實時控制。
粉末床增材制造研究的開源工藝控制*	賓夕法尼亞州立大學(xué)，諾斯羅普·格魯門，霍尼韋爾，3D系統(tǒng)公司	開發(fā)并驗證用于PBFAM的開源、分層協(xié)議，該協(xié)議將定義一系列在賽博物理系統(tǒng)中使用的通信結(jié)構(gòu)，它們?yōu)槎�義和執(zhí)行粉末床沉積工藝所需。協(xié)議每一層都將定義數(shù)據(jù)和通信結(jié)構(gòu)的一方面，還將支持掃描路徑和工藝數(shù)據(jù)的規(guī)范和提取，實現(xiàn)在PBFAM系統(tǒng)與其它異種系統(tǒng)間的通信。訪問開源協(xié)議將允許研究人員接觸建模、感知、控制和工藝優(yōu)化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使工業(yè)界提升鑒定與認證能力，實現(xiàn)更高效創(chuàng)新的PBFAM工藝和材料開發(fā)。
開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)增材制造蜂窩結(jié)構(gòu)有效設(shè)計的拓撲優(yōu)化工具	匹茲堡大學(xué)，美鋁，ANSYS，ExOne	開發(fā)基于蜂窩結(jié)構(gòu)的增材制造結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化軟件，創(chuàng)新地在有限元分析中利用微觀力學(xué)模型記錄蜂窩結(jié)構(gòu)的有效行為。
用于醫(yī)療的生物可吸收金屬合金制生物醫(yī)學(xué)裝置的增材制造	匹茲堡大學(xué)，ExOne	開發(fā)增材制造方法，將鎂基和鐵基合金轉(zhuǎn)變?yōu)樯�物醫(yī)學(xué)裝置，如骨板和支架，并進行生物兼容性、生物吸收和力學(xué)試驗。
金屬合金給料功能支撐結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計	匹茲堡大學(xué)	為金屬合金給料的功能支撐結(jié)構(gòu)開發(fā)參數(shù)化設(shè)計方法，特別針對直接金屬激光燒結(jié)工藝中使用的支撐結(jié)構(gòu)，要形成設(shè)計規(guī)則。
面向高潛力增材制造應(yīng)用的集成設(shè)計工具開發(fā)	匹茲堡大學(xué)，聯(lián)合技術(shù)公司研究中心，霍尼韋爾，陸軍航空與導(dǎo)彈研發(fā)和工程中心，ANSYS，ExOne，RTI國際金屬公司	開發(fā)集成設(shè)計成套工具，包括面向多種增材制造可制造性要求的設(shè)計輔助功能，以及面向高潛力增材制造應(yīng)用的拓撲優(yōu)化新能力。增材制造技術(shù)能夠生產(chǎn)非常復(fù)雜的幾何外形與拓撲布局，極大提升設(shè)計空間，不過現(xiàn)有CAD/CAE軟件包無法充分施展這種設(shè)計自由度。項目將尋求開發(fā)一款能快速商業(yè)化的集成設(shè)計成套工具，縮短設(shè)計階段，降低制造成本，減少增材制造新產(chǎn)品上市時間。
必需的公差與表面光潔度	北卡羅來納州立大學(xué)，約翰·迪爾	開發(fā)一個增材制造和減法加工混合制造系統(tǒng)，能夠按最終幾何規(guī)范生產(chǎn)機械產(chǎn)品，使機械零件能夠“數(shù)字制造”以滿足必要的最終幾何精度。
3D打印多功能性:航空航天應(yīng)用的增材制造	德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校，洛克希德·馬丁，諾斯羅普·格魯門，Stratasys	開發(fā)一套綜合制造方案，與基礎(chǔ)增材制造工藝集成，包括：多種耐用熱塑性塑料/金屬的模壓成形，微加工，激光燒蝕，在熱塑性塑料中嵌入絲線和細距網(wǎng)絡(luò)，機器人組件放置。通過多個集成制造系統(tǒng)的綜合，這些集成的技術(shù)將制造多材料結(jié)構(gòu)以生產(chǎn)多功能產(chǎn)品，如可穿戴電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)裝置和防務(wù)、航天與能源系統(tǒng)。
用于三維電子學(xué)制造的低成本工業(yè)級多元三維（Multi3D）系統(tǒng)	德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校，洛克希德·馬丁，諾斯羅普·格魯門，波音，霍尼韋爾	將下一代增材制造技術(shù)融入一個低成本工業(yè)多元3D系統(tǒng)，用于3D電子打印。項目將開發(fā)一個固結(jié)系統(tǒng)，包括一個集成進現(xiàn)有CNC龍門機床的柔性工裝臺，允許互換為執(zhí)行以下功能：精密微加工，熱塑性塑料擠壓，帶有絲線管理功能的直接絲線嵌入，直接箔片嵌入。通過這些可互換的功能，系統(tǒng)能夠制造復(fù)雜外形的絕緣結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部有密集分布的金屬網(wǎng)絡(luò)拓撲布局。
熱塑性塑料粉末床燒結(jié)的閉環(huán)工藝控制*	德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，Stratasys	驗證粉末床燒結(jié)中的反饋控制能夠提升零件質(zhì)量和性能可預(yù)測性，同時減少不同機床制造條件下甚至同一制造工藝中的波動敏感性，使得熱塑性塑料增材制造技術(shù)能夠得到高度可重復(fù)的、經(jīng)得起考驗的工藝結(jié)果。項目將利用一個高溫試驗臺，其架構(gòu)中的核心部分就是反饋控制功能。
用于原型和生產(chǎn)的金屬合金和新型極低成本3D焊接打印平臺	密歇根理工大學(xué)	進行極低成本3D金屬打印機的商業(yè)化以及新型3D打印合金的開發(fā)，材料開發(fā)將關(guān)注鋁合金，最終目標是從回收廢品中開發(fā)出來。
定制踝足矯形器的賽博物理設(shè)計與增材制造	密歇根大學(xué)，Altair，Stratasys	優(yōu)化面向增材制造設(shè)計的數(shù)字工作流，包括：基于OptiStruct優(yōu)化軟件包開發(fā)增材制造專用的功能，生成獨特的填充圖案并對性能進行數(shù)字化驗證，同時在產(chǎn)量和材料輸送上實現(xiàn)關(guān)鍵提升，使用熔融沉積成形技術(shù)生產(chǎn)定制化的踝足矯形器。項目尋求利用基于云的設(shè)計和增材制造技術(shù)，在面向增材制造的設(shè)計、材料輸送和系統(tǒng)改進上得到提升，開發(fā)利用多尺寸尖端打印多種材料的方法以提供經(jīng)濟、高質(zhì)量的矯形器。
用于直接金屬增材制造的粉末性能與工藝產(chǎn)出的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫	卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)，普·惠，聯(lián)合技術(shù)公司研究中心	首次建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，關(guān)聯(lián)不同供應(yīng)商的粉末性能（如平均顆粒直徑、顆粒直徑分布、顆粒形態(tài)、流動性指標）與工藝產(chǎn)出（如粉末鋪展性、粉末燒結(jié)能力、熔池尺寸、微結(jié)構(gòu)、幾何精度、材料硬度）。針對至少一個無法立即在直接金屬機床中使用的粉末系統(tǒng)，確認所需的工藝變量修改，使該粉末系統(tǒng)的產(chǎn)出可與標準粉末相當。
通過增材制造粉末再利用實現(xiàn)下一代整形外科材料的經(jīng)濟生產(chǎn)	圣母瑪利亞大學(xué)	通過增材制造中的粉末再利用，實現(xiàn)下一代整形外科材料的經(jīng)濟生產(chǎn)，限制增材制造大批量生產(chǎn)的一個重要因素是如何在單個增材制造過程中提升零件制造數(shù)量，而又不影響零件質(zhì)量。粉末又貴又未充分利用，典型制造過程中只有5%-20%的粉末燒結(jié)成零件， 依靠材料和機床廠商可以實現(xiàn)粉末再利用，不過粉末暴露在增材制造機床的高溫工作環(huán)境下時會發(fā)生變化。上述所有困難都可以克服，但關(guān)鍵是必須知曉并理解再利用對粉末力學(xué)性能的影響，項目將特別針對Ti-6Al-4V、不銹鋼和尼龍材料進行研究。
增材制造的設(shè)計指導(dǎo)系統(tǒng)	喬治亞理工學(xué)院，洛克希德·馬丁，GKN航宇，西門子，Stratasys	開發(fā)增材制造設(shè)計指導(dǎo)系統(tǒng)，填補設(shè)計到打印工作流程的不足。當前，CAE工具在設(shè)計工作流中被強制插入與增材制造聯(lián)接，此外，一些高層級工作流類別或缺失或與當前流程不協(xié)調(diào)，包括用于制造工藝選擇和調(diào)整的決策工具、用于零件認證與驗證的有限元分析、與用于配置管理的產(chǎn)品壽命周期管理軟件的兼容性。項目將實現(xiàn)決策工具以及零件認證與驗證的工作流類別的嵌入，并提供近無縫化的軟件生態(tài)系統(tǒng)，通過通用有效載荷文件格式消除在多個軟件工具間切換的不連續(xù)，向完整和理想的工作流程前進。

其它機構(gòu)/企業(yè)牽頭項目

項目名稱	主要參與方	項目研究內(nèi)容
增材制造材料微結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提升無損檢測能力	愛迪生焊接協(xié)會（EWI），洛克希德·馬丁，西亞基	高性能航空航天鈦合金組件在電子束定向能沉積及后續(xù)熱處理過程中形成復(fù)雜微結(jié)構(gòu)，通過修改沉積工藝參數(shù)和改進超聲檢測技術(shù)，提升對組件的超聲檢測能力。
復(fù)雜金屬增材制造結(jié)構(gòu)的無損評估*	愛迪生焊接協(xié)會	針對鈦合金和鎳基合金增材制造以及直接金屬激光融化和電子束融化工藝制造，在組件檢測中應(yīng)用無損評估技術(shù)。依據(jù)工業(yè)界的輸入，形成由平面和立體缺陷以及內(nèi)部不一致組成的缺陷矩陣，向所選增材制造組件中施加；研究中將對以預(yù)定類型、位置和尺寸制造平面和立體缺陷的兩項工藝進行鑒定。在各種無損評估形式中，選取了X射線CT來實施，以檢驗典型增材制造缺陷和條件下的樣本和組件；所選組件中的增材制造缺陷矩陣的設(shè)計和優(yōu)化將由X射線CT性能的計算機建模與仿真來輔助，X射線CT性能將指明可能的最佳與最差檢測場景。
用于工業(yè)級增材制造的并行固結(jié)方法優(yōu)化	斯通尼·克里克實驗室，雷神	開發(fā)增材制造新方法，即對一個零件上的許多點同時進行粉末固結(jié)。相關(guān)材料和工業(yè)數(shù)據(jù)將記錄在數(shù)據(jù)庫中，格式與機構(gòu)的國家級存儲框架一致。數(shù)據(jù)庫將通過在線培訓(xùn)、工人發(fā)展和公開發(fā)布等補充手段，傳播項目成果等信息，支持其商業(yè)化應(yīng)用。
在美國鑄造行業(yè)加速應(yīng)用增材制造技術(shù)	楊斯頓商業(yè)孵化器，美國鑄造協(xié)會，ExOne	支持黏合劑噴射增材制造向小型鑄造企業(yè)的轉(zhuǎn)移，允許其使用黏合劑噴射設(shè)備，并開發(fā)設(shè)計指南與工藝規(guī)范。
熔融沉積成形組件制造的成熟化	快速原型制造公司，戴頓大學(xué)	研究高溫聚合物ULTEM 9085的性能與應(yīng)用，關(guān)鍵成果包括設(shè)計指南，關(guān)鍵材料和工藝數(shù)據(jù)，機床、材料、零件和工藝認證。
低成本“近凈成形引擎裝置”開發(fā)	Optomec，洛克希德·馬丁，陸軍貝內(nèi)實驗室	為金屬激光沉積開發(fā)一款模塊化、經(jīng)濟的，可安裝在任何現(xiàn)代機床中的“近凈成形引擎裝置”。為此，要在模塊化設(shè)計中嵌入最新的控制、路徑生成和質(zhì)量監(jiān)測功能，作為機床系統(tǒng)的一部分，易于升級和維護。
Ti-6Al-4V和IN718合金的沉積參數(shù)知識庫開發(fā)	Optomec	為金屬增材制造工藝參數(shù)確定提供高效和可重用的解決方案，使其實現(xiàn)無缺陷沉積。知識庫由工藝參數(shù)許用值組合的矩陣組成，盡可能減少工藝開發(fā)中的試錯過程。
熱塑性塑料粉末床燒結(jié)的閉環(huán)工藝控制*	3D系統(tǒng)公司，桑迪亞國家實驗室，洛克希德·馬丁	通過在軟硬件集成的閉環(huán)工程系統(tǒng)中加入預(yù)測性建模機制，實現(xiàn)關(guān)鍵工藝參數(shù)的原位控制，解決固有的加工難題，從而能夠在制造過程中廣泛采用熱塑性塑料粉末床燒結(jié)。項目將在桑迪亞的材料納米尺度仿真能力的基礎(chǔ)上制定基于模型的預(yù)測解決方案并與之集成，并利用洛·馬和桑迪亞的工藝傳感器選擇知識與增材制造系統(tǒng)集成經(jīng)驗。

來源： 空天防務(wù)觀察   
作者：劉亞威