选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用

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：
　　本文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。

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中文摘要

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目录

1 绪 论

1.1 论文的选题背景

1.2论文相关领域的国内外研究现状

1.3论文研究目的意义与课题来源

1.4论文研究内容

2 选择性激光熔化工艺全生命周期碳排放模型

2.1引言

2.2选择性激光熔化工艺全生命周期分析

2.3选择性激光熔化工艺各阶段碳排放量化方法

2.4选择性激光熔化工艺制造阶段碳排放量化方法

2.5本章小结

3 增材制造碳排放动态特性及碳效率评价指标

3.1概述

3.2基于输入输出特性的增材制造碳排放动态特性分析

3.3碳效率评价指标

3.4本章小结

4 选择性激光熔化增材制造技术的可持续性评价

4.1引言

4.2工程背景

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

4.4本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表或录用的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

C. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励