选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用

发布时间：2017-09-26 02:26

  本文关键词：选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用

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【摘要】：《中国制造2025》明确提出“全面推行绿色制造”和实施“绿色制造工程”的战略部署。资源、环境、能耗的约束性挑战使得以降低资源消耗、缓解温室效应的“低碳制造”模式不断受到学术界和工业界广泛关注。选择性激光熔化增材制造是一种新兴的且最具发展潜力的3D打印技术,适用于直接熔化金属粉末成型,具有加工复杂异构机构部件、成型精度较高、致密度好等优点。然而,选择性激光熔化增材制造工艺的原材料制备成本高、加工过程耗时长、能源消耗量大,其工艺碳排放特性缺乏有效的研究方法。在国家自然科学基金项目“基于广义特性函数集的制造系统碳流动态模型及碳效率评估研究”(NO.51075415)的资助下,论文重点开展选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用研究,对工艺全生命周期碳排放模型、碳排放动态特性以及碳效率评价方法等进行详细分析与研究,以期为选择性激光熔化增材制造实施低碳制造评价提供理论支撑与方法指导。论文具体研究内容如下:首先,建立选择性激光熔化工艺全生命周期碳排放模型。基于产品全生命周期理论,结合选择性激光熔化增材制造工艺特征,建立其全生命周期碳排放模型;分析生命周期各阶段的碳排放进行量化方法;基于能量流、物料流、信息流建立选择性激光熔化工艺的功能模型,并从物料消耗和能量消耗两方面建立激光熔化工艺的碳排放理论数学模型,重点开展生命周期中制造阶段的碳排放量化分析。其次,提出增材制造碳排放动态特性及碳效率评价方法。基于增材制造系统输入输出特性实时耦合,建立增材制造系统碳排放动态特性模型;基于生态效率从生产能力、生产收益、资源利用情况综合评价增材制造碳排放性能,提出选择性激光熔化增材制造碳效率综合评价指标,并对评价指标间的相互影响及其参数动态关系进行分析。最后,基于碳效率评价指标,对选择性激光熔化增材制造可持续性进行分析。以常用机械标准零部件齿轮为例,建立以选择性激光熔化技术为代表的增材制造技术和以传统切削加工和粉末冶金技术为代表的传统机械加工技术的齿轮加工工艺方案;提出传统加工工艺碳排放分析方法;基于碳效率评价指标,进行对比分析。
【关键词】：低碳制造 增材制造 选择性激光熔化 碳效率评价 传统加工
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 论文的选题背景8-13
• 1.1.1 发展低碳制造的背景与意义8-10
• 1.1.2 增材制造技术的来源与发展10-13
• 1.2 论文相关领域的国内外研究现状13-18
• 1.2.1 增材制造技术的发展与研究现状13-16
• 1.2.2 碳排放定量分析与评估的研究现状16-18
• 1.3 论文研究目的意义与课题来源18-19
• 1.3.1 论文研究的目的意义18-19
• 1.3.2 论文研究的课题来源19
• 1.4 论文研究内容19-22
• 2 选择性激光熔化工艺全生命周期碳排放模型22-38
• 2.1 引言22-23
• 2.2 选择性激光熔化工艺全生命周期分析23-24
• 2.3 选择性激光熔化工艺各阶段碳排放量化方法24-27
• 2.3.1 选择性激光熔化产品使用阶段碳排放量化24-25
• 2.3.2 选择性激光熔化回收处理阶段碳排放量化25-26
• 2.3.3 选择性激光熔化运输阶段碳排放量化26-27
• 2.4 选择性激光熔化工艺制造阶段碳排放量化方法27-35
• 2.4.1 选择性激光熔化工艺基本原理概述27-30
• 2.4.2 选择性激光熔化工艺制造阶段的功能建模30-31
• 2.4.3 选择性激光熔化工艺碳排放量化31-35
• 2.5 本章小结35-38
• 3 增材制造碳排放动态特性及碳效率评价指标38-48
• 3.1 概述38
• 3.2 基于输入输出特性的增材制造碳排放动态特性分析38-40
• 3.3 碳效率评价指标40-46
• 3.3.1 三种碳效率评价指标41-42
• 3.3.2 三种碳效率评价指标间的关系42-43
• 3.3.3 基于碳效率评价指标的动态特性43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 选择性激光熔化增材制造技术的可持续性评价48-62
• 4.1 引言48-49
• 4.2 工程背景49-50
• 4.3 基于碳效率的选区激光熔化工艺与传统加工工艺的对比分析50-61
• 4.3.1 传统机械加工工艺的能耗及碳排放分析50-52
• 4.3.2 三种不同加工工艺方案的建立52-55
• 4.3.3 基于碳效率评价指标的三种不同加工工艺制造模式的研究分析55-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 结论与展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 附录72
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表或录用的论文目录72
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目72
• C. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励72

【参考文献】

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本文编号：920965