设计-3D打印技术参考-(第19页)    

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  • 直播:国产3D打印数据准备软件VDA5.0发布,集成设计、仿真与制造!

    直播:国产3D打印数据准备软件VDA5.0发布,集成设计、仿真与制造!

    VoxelDance Additive,由上海漫格科技有限公司自主研发,是一款集成了建模、仿真与制造功能的增材制造(3D打印)工业软件平台。该平台包括设计软件VoxelDance Design、仿真软件VoxelDance Engineering以及制造软件VoxelDance Manufacturing,旨在为企业提供一站式的3D打印解决方案。 VoxelDance Additive软件平台通过整合设计、研发、制造、仿真、路径规划和打印任务管理等关键环节,构建了一个无缝的增材制造数字流程。这一流程不仅优化了数据传输的效率,还显著降低了数据丢失或失真的可能性,从而为企业显著提升生产效率、产品质量,并有效降低制造成本。 该平台支持包括LPBF、SLA、DLP/LCD、SLS、砂型、微纳在内的多种工业级增材制造技术,服务于航空航天、快速原型、鞋模设计、树脂与金属齿科、珠宝设计、医疗器械、教育研究、工业模具以及消费品制造等多个行业。 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份); 硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.大咖云集:报名第四届航空航天增材制造大会 2.干货总结:TCT亚洲3D打印展,看展可关注的十个技术细节 3.热交换器3D打印的设计与应用,行业专家有话说! 4.马前教授团队最新:3D打印轻质/高效/铝合金超材料!
  • 热交换器3D打印的设计与应用,行业专家有话说!

    热交换器3D打印的设计与应用,行业专家有话说!

    增材制造行业正以超过20%的复合年增长率增长,到2030年,全球将有超过270万台3D打印设备。医疗、航空航天和汽车均是利用增材制造技术快速增长的热门行业。随着这些行业不断寻找3D打印技术的新应用,打印材料的物理性能正在被推向极限。 汽车增材制造市场的各个方面都将不断增长,到2029年该行业的产值将达到100亿美元 金属3D打印的工艺种类多种多样,由于许多实际原因,如高精度、高制造质量,易于后处理及原材料回收等,激光粉床熔融 (LPBF) 是最广泛使用的技术。为了实现具有高传热性能零件的精确打印,选择最合适的打印粉末至关重要。因并非所有金属粉末都能应对热交换器的恶劣环境,材料的热导率、耐腐蚀性和强度等均是影响因素,3D打印技术参考此前曾详细介绍了可用于热交换器3D打印的金属粉末种类。 Conflux是全球领先的采用3D打印技术开发热交换器的企业,该公司增材制造工程师Ian Fordyce博士强调,““对于高性能热交换器,我们一直在努力使壁和翅片尽可能薄,我们处理的厚度与粉末的粒径和激光光斑尺寸处于同一数量级。因此,小至10微米的误差对我们来说意义重大。这可能会减少我们可以放入热交换器中的翅片数量,并影响表面粗糙度并增加壁厚,所有这些都会降低热交换器的热性能。” 精确的构建可实现紧密封装的组件并轻松组装最终产品 高性能金属打印粉末的特点 选择材料的第一步是了解其可打印性,不同粉末的可打印性可能存在巨大差异,可打印性定义为材料物理打印几何形状而不导致构建失败的能力。例如,硬钢和镍合金在打印过程中会产生残余应力和翘曲,导致它们脱离打印平台并与铺粉机构相撞。即便完成打印,材料的密度也会较低,携带可能导致故障的孔洞。 实现高质量构建的关键是使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末。为了保证这一点,Conflux遵循严格的质量控制程序,使用光谱分析和拉伸棒的机械测试来跟踪新粉末和回收粉末的成分。这不仅可以监测粉末中每种成分的含量,还可以监测回收过程中形成的氧化层的量。 使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末可以实现复杂的翅片设计 一旦粉末被认为是可打印的,重点就会转移到分析打印材料的物理特性。用于某些热交换器的合金需要应对800°C以上的温度。除此之外,由于汽车、航空航天和能源应用中使用的冷却剂种类繁多,它们还需要具有高疲劳寿命和耐腐蚀性。 Ian Fordyce博士表示,“当谈到热性能时,对我们来说最重要的特性是强度。如果我们可以使用强度更高的材料,那么就可以让壁厚设计的更薄,从而缩短传热路径,最终使热交换器的性能更高。大多数人认为导热率也很重要,但我们发现,对于我们正在处理的壁厚,导热率变得不那么重要。例如,铜的导热率比铝更高,但如果我们必须使壁更厚以使铜部件足够坚固,则会导致整体预成型热交换器性能更差。因此,如果能让壁更薄,则可以牺牲导热率。“ 可用于热交换器3D打印的粉末类型 热交换器的3D打印制造材料有多种选择,需要考虑的主要特性包括密度、导热性、增材制造的加工性能以及最后的成本。最合适的材料要根据组件要求、工作环境和边界条件进行选择。 01不锈钢 Conflux所使用的材料之一是316不锈钢,它是一种相对稳定的合金,适用于需要高耐腐蚀性的高温和低温恶劣环境。这使其非常适合制造石油和天然气行业的工具和机械部件以及与腐蚀性物质接触的发动机部件。 然而,它相对较重,因此不适合航空航天或赛车运动中的轻量化应用。与铝合金相比,它在打印过程中还会经历更高的翘曲和残余应力。 02钛合金 钛是一种强度极高且轻质的材料,非常适合航空航天和赛车应用,特别是钛合金,例如Ti64。自2017年以来,空客已在A350客机的机门上安装了3D打印钛零件,最近还在德国开设了增材制造中心,为直升机和轻型城市飞行器生产零件。它还具有高耐腐蚀性,可以通过氧化物涂层进一步增强。 03铜合金 铜的高导热性使其成为散热器和热交换器等热应用以及母线和感应线圈等电子元件的理想选择。不幸的是,使用大多数3D打印机中使用的激光波长类型进行打印可能很困难。材料制造商已经认识到这一点,现在正在添加合金元素来制造高比例的铜合金,例如铜锆和铜铬。这些材料更易于打印并保持高导热性,除此之外,目前具有更高吸收率的绿光3D打印机商业化也正在快速发展。 04铝合金 AlSi10Mg等铝合金是3D打印行业最常用的材料之一。这主要是因为与其他合金相比,铝凝固后产生残余应力开裂的可能性较低,这是它几十年来一直用于铸造的原因。 铝是钛的更便宜的替代品,因此经常用于航空航天、汽车和赛车运动。空客和波音等公司继续为其飞机、直升机和卫星制造3D打印铝部件,后者通常具有 500多个增材制造部件。铝还可用于打印一级方程式热交换器和汽车活塞,如保时捷911 GT2 RS车型的活塞。最近,在改善比AlSi10Mg具有更高强度和耐腐蚀性的铝合金的可打印性方面取得了很多进展。 05镍基合金 Inconel和Monel K500等镍合金在极端温度下仍能保持强度,并且耐高腐蚀性液体,使其非常适合火箭应用、燃气涡轮发动机零件和其他航空航天涡轮机械。然而,可打印性可能是一个问题,因为镍合金在打印过程中往往会产生残余应力和开裂。这些构建失败的风险使得这种材料的打印成本昂贵,因此通常仅用于非常特定的应用。 当今的增材制造技术可以打印比以往更复杂的几何形状。然而,只有为正确的应用选择最合适的粉末,这些零件才能真正实现高性能。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请联系授权。 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份); 硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.干货综述:3D打印制造热交换器的五种材料选择及性能差异 2.综述:热交换器与3D打印、拓扑优化、晶格结构以及航天应用 3.电化学3D打印纯铜CPU热交换器,为AI芯片散热带来新机会 4.AMCM为自家3D打印机批量配备3D打印的热交换器
  • 马前教授团队最新:3D打印轻质/高效/铝合金超材料!

    马前教授团队最新:3D打印轻质/高效/铝合金超材料!

    开发具有中空通道的3D打印超材料是墨尔本理工大学马前教授团队的重要研究方向,并在钛合金空心支柱晶格(HSL)超材料方面取得重要研究进展,其表现出比实心支柱晶格 (SSL) 高得多的结构效率,拓展了轻质多功能金属材料的边界。但研究人员指出,所开发的钛合金超材料并非一直都是最佳的选择,因为钛合金粉末仍然很昂贵。 铝合金在机械强度、较低密度和降低成本之间提供了折衷,同时还具有高耐腐蚀性,从而也能成为超材料开发的重要备选材料。3D打印技术参考注意到,该课题组于近日新报道了复杂AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制备及其力学性能研究。 然而,由于三个基本原因,铝合金的激光粉末床熔融 (LPBF) 比Ti-6Al-4V等常见金属合金更具挑战性。首先,铝合金被观察到从高熔池温度到室温事存在大体积收缩;其次,高反射率和导热率需要更高的激光能量;此外,铝合金还具有低液相线温度(557°C),导致产生动态熔池。这些因素意味着AlSi10Mg很可能存在几何缺陷和粉末堵塞中空通道。马前教授团队新发表的论文“AlSi10Mg hollow-strut lattice metamaterials by laser powder bed fusion”,研究了AlSi10Mg空心支柱晶格(HSL)的 LPBF可制造性及其机械性能。确定了高保真LPBF制造的AlSi10Mg空心支柱通道直径、壁厚和扫描策略。 (a) FCC 和 (b) FCC拓扑空心支柱晶格模型。(c) FCC_1B、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B、(g) FCCZ_2B、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。蓝色代表空心支柱墙,而浅红色代表内部轮廓 内部横截面的 μCT 表征,取自每个 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞层的中心 (a) 相对屈服强度和 (b) 相对弹性模量与相对密度:AlSi10Mg 空心支柱晶格与 Ti-6Al-4V、Inconel 625、SS316L、CoCr 和 AlSi10Mg 实心支柱晶格的比较 研究发现,使用简单高效的双边界扫描策略,可以通过LPBF技术制造具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。然而,若要实现完整打印且不会残留粉末,最小壁厚为0.4毫米,最小内径为0.7毫米。 压缩测试表明,所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格结构(HSL)达到了Gibson-Ashby模型相对屈服强度的经验上限,与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格(SSL) 通常低于该上限。此外,空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下,绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当,从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。 研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格 此外,AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服强度与此前报道的等效拓扑Ti-6Al-4V空心支柱晶格比较时,会观察到几乎完美的相关性,表明空心支柱晶格的高结构效率取决于拓扑结构而不是材料。考虑到材料成本低、耐腐蚀性好和密度低,AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潜在应用。 潜在应用领域分析 铝合金超材料因其独特的性能和优势,在多个领域具有应用潜力。 首先,铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其成为航空航天领域的理想选择。它可以用于制造飞机、火箭和卫星的结构件,提高飞行器的整体性能和效率。 其次,在汽车制造中,铝合金晶格超材料的应用有助于提高汽车的性能和安全性。可以用于制造汽车的车身结构、底盘和悬挂系统,实现汽车的轻量化。 第三,在电子领域,由于铝合金晶格超材料具有良好的导电性和热导性能,在电子领域的应用逐渐增多。可以用于制造电子设备的散热器、导线和其他关键部件,进一步提高设备的散热性能,并增加其可靠性和稳定性。 第四,在高性能运动器材制造领域,铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其在高性能运动器材制造中备受青睐。例如,它可以用于制造自行车框架、高性能滑雪板、帆船桅杆等,提高器材的性能和耐用性。 第五,在微机电系统领域,铝合金晶格超材料在微机电系统领域也有广泛的应用。由于其微小的晶格结构和良好的机械性能,为微机电系统的发展提供有力支持。 需要注意的是,铝合金晶格超材料的具体应用还取决于其晶格结构、制备工艺以及性能优化等因素。随着科技的不断进步,铝合金晶格超材料的应用领域还将进一步拓展,为各个行业带来更多的创新和发展机遇。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请联系授权。欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份);硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.史玉升教授&吕坚院士团队:3D打印微晶格超材料!实现突破性的结构-功能一体化 2.重磅研究:3D打印轻质高强钛合金超材料 3.3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响 4.史玉升教授团队:高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印
  • 从增材制造设计、打印准备到仿真,3DXpert新版本更加强大

    从增材制造设计、打印准备到仿真,3DXpert新版本更加强大

    3DXpert中文版为增材制造工程师提供了强大、全面、方便、高性价比的工艺工具套件,快速有效地将3D模型编辑为可成功打印的部件。无论在科研教学、还是批量生产的制造场景下,3DXpert都能协助用户将3D打印技术的潜力发挥到极致。 据3D打印技术参考了解,3DXpert 24.1版本现已上线。通过此次更新,正式开启了打造最易用的打印准备及增材制造设计软件的征程。部分改进已在本版本中实现,更多优化将陆续推出。除此之外,软件方还带来了40多项功能优化,旨在提高用户从增材制造设计、优化、打印准备、仿真到切片的整个工作流程的生产效率。 此版本的部分亮点包括: 优化的用户体验: 通过屏幕底部的选项卡轻松管理多个文件。现在可以通过工具提示更方便地获取屏幕上项目的信息。 增材制造设计优化: 灰度纹理- 通过新的灰度纹理选项,可将任何图像转化为细致入微的纹理。 隐式建模- 新的隐式建模框架提供了大量新工具。生成和偏移隐式结构。轻松创建基于的极坐标、球坐标和UVW坐标的隐式对象。 管道设计中的法兰- 单击一个按钮,即可为不同排列的通道自动创建翼法兰。 打印仿真- 洞悉零件内部: 不仅可查看零件外表面,更可查看内部任意点的仿真结果。通过零件中移动剖面平面,可评估应力、塑性等信息。 全新打印成型检查: 打印检查允许用户分析打印过程中实时生成的图像集合堆栈。该解决方案采用基于人工智能/机器学习的模型,识别不同异常或变形,并将它们与托盘基板上的零件关联。 点击图片链接,了解相关内容! 了解更详细更全面的产品新功能,欢迎扫码报名4月18日举行的网络研讨会。 扫码预约: 3DXpert着力打造更符合市场发展趋势的一站式软件解决方案。 • 优化设计结构—— 通过创成式设计、隐式结构、晶格设计和拓扑优化, 最大限度地发挥增材制造的作用,减轻重量,增强功能性 • 保证打印质量—— 成熟的数据准备和先进的成型仿真功能,提高打印成功率和成品质量 • 面向智能制造—— 考虑增减材制造的需求,提供丰富的面向制造的编辑功能;自动化设计和准备,优化大批量生产工作流程 • 减少制造成本—— 灵活的扫描策略设置,优化打印效率并减少材料消耗和后处理 3DXpert添加支撑功能 3DXpert添加支撑功能与设计扫描路径 快捷的晶格结构设计 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份);硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.国产3D打印数据准备软件——VDA5.0新版来了! 2.新方案解决3D打印过程中数据量过大的问题 3.TCT亚洲3D打印展:铂力特相关看点 4.TCT亚洲3D打印展:华曙高科相关看点
  • 应用行业渗透:宝马将使用电弧增材制造生产汽车部件

    应用行业渗透:宝马将使用电弧增材制造生产汽车部件

    宝马集团长期以来一直是增材制造技术的用户和创新者。3D打印技术参考跟踪了该公司最近几年在3D打印技术领域的应用进展,尤为突出的是,它已经实现了塑料、金属和砂型3D打印的初步自动化制造。大约在2015年,该公司开始关注电弧增材制造技术(WAAM),根据最新的消息,宝马计划从明年开始在车辆中测试电弧增材制造的零件。 电弧增材制造技术与其他金属3D打印及传统制造工艺不同,它利用通过电弧熔化的金属丝来实现层层制造。该技术能够创建中空结构,生产出具有卓越刚性重量比的部件,超越了通过传统压铸方法生产的零件性能。这不仅可以使零件变得更轻、更坚固,而且还可以降低能源需求并最大限度减少材料浪费。 铝是汽车制造的首选材料,同时,铝合金也是电弧增材制造最重要的成型材料之一。根据3D打印技术参考的技术案例积累,知名民营航天公司Relativity Space使用铝合金电弧增材制造技术来打印燃料贮箱结构;西工大也曾发文指出,其高性能铝合金电弧增材制造基础研究为梦天舱和长五B的研制提供了重要技术;首都航天机械有限公司开发的铝合金电弧增材制造技术被用于制造捷龙三号重要部件,该火箭于2022年底成功发射。总的来说,铝合金电弧增材制造工艺目前已经是较为成熟且可靠的制造技术。 宝马电弧增材制造的零件 仍然遵循从高端行业应用开始,逐步走向其他行业的特点,铝合金电弧增材制造技术开始延伸到汽车制造行业。宝马于2015年开始探索WAAM,并于2021年安装机器人单元。粉末床熔融3D打印工艺(宝马现已将其转变为自动化流程)非常适合较小的零件,而WAAM技术更适合车身、驱动器和底盘中的部分。因此,该公司使用该技术3D打印了一个悬架支柱支撑件,并将其与压铸件进行匹配。 “在早期阶段,WAAM工艺可以降低生产过程中的排放量,这一点已经很明显。组件重量较轻,材料利用率优越,并且可以选择使用可再生资源,这意味着可以更高效的生产组件。”宝马增材制造主管JensErtel表示。 WAAM悬架支柱的衍生式设计图纸 为了创造用于车辆的最佳零件,宝马转向衍生式设计。与仿生结构的原理类似,第一步涉及仅利用组件拓扑所需的基本材料。在随后的微调阶段,仅在需要的区域选择性的进行加强。需要特别指出的是,这类仿生组件也许能够通过铸造手段实现,但组件的强度却无法达到3D打印的组件强度;而如果使用锻压,则无疑成本过高。由Relativity Space开发的火箭仿生组件说明了这一特点。 RelativitySpace开发的火箭仿生组件 “WAAM技术已经开始从用于研究发展成为一种灵活的工具,不仅适用于制造测试组件,还适用于批量生产组件。生成设计方法的使用使我们能够充分利用设计自由度,从而充分利用技术的潜力。就在几年前,这还是不可想象的。”宝马集团汽车研究主管Karol Virsik表示。 BMWWAAM技术主管和BMW集团车辆研究主管 正如宝马通过政府支持的财团解决其他3D打印技术的精加工需求一样,该汽车公司可能也需要对WAAM零件做同样的事情。由于焊缝较宽,这些部件具有独特的波纹表面,因此需要对关键区域进行额外的精加工。 但工艺的发展往往超出人们想象。大部分人对电弧增材的印象仍停留在该工艺效率高但制造的零件表面非常粗糙,只能打印大尺寸零件。长时间以来,市场上电弧增材的实际应用大多如此——成型尺寸大、需要后续机加改善表面质量。但3D打印技术参考在2023年底已经报道过,国内领先的电弧增材制造厂商英尼格玛,不断打破工艺极限,已实现大尺寸零部件精细化打印。 英尼格玛铝合金电弧3D打印的汽车底盘英尼格码未经打磨、加工等后处理的电弧增材打印毛坯件 另一方面,铝合金电弧增材制造的质量也是影响零件能否最终应用的关键。电弧增材工艺对过程控制条件要求极高, 而气孔是铝合金增材制造过程易出现的主要缺陷之一。气孔会降低材料致密性,削弱有效截面积,严重的话甚至会影响产品的性能和品质。据了解,为了解决该行业难题,融速科技研发团队经过数百次技术验证取得突破,研发出了高效铝合金气孔抑制技术,符合HB963一级标准。融速科技电弧增材平台AMmake S2系列所采用的该技术生产的零部件,即能够规避传统铝合金制造工艺中的气孔缺陷等。 融速科技铝合金电弧增材制造气孔抑制技术 融速科技铝合金电弧增材制造零件 最初,宝马集团打算将WAAM零部件生产集中在增材制造园区。然而,未来计划将生产扩大到更多地点,并使供应商也能够利用这项技术。此外,还可以将该流程直接集成到装配线中,从而无需使用新工具,只需更新软件即可创建独特的组件并生产各种零件。此外,通过增加回收金属的使用,可以进一步增强该过程的可持续性。完成测试评估后,初步车辆试验计划于2025年开始。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份);硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.电弧3D打印太粗糙?国内团队工艺优化重大突破! 2.重大突破,打破封锁!国产多光束集成丝光同轴激光定向能量沉积技术! 3.3D打印被用于制造我国探月卫星燃料贮箱 4.国内电弧增材制造技术正在爆发,或在复制SLM技术的成功之路
  • 史玉升教授&吕坚院士团队:3D打印微晶格超材料!实现突破性的结构-功能一体化

    史玉升教授&吕坚院士团队:3D打印微晶格超材料!实现突破性的结构-功能一体化

    3D打印技术的重要作用之一,是制造那些能够提高传统工业设备工作效率的相关部件。近年来,关于具有非常规特性的超材料的研究越发广泛,可以从微观尺度到宏观尺度通过灵活设计来改变物理性质,对工业领域显示出强大的吸引力。得益于增材制造技术的发展,高度复杂的微晶格超材料的制造得以实现。 微晶格超材料的几何基础源自对原子晶格的研究,这些原子晶格由具有连接支柱和定制孔的互连单元周期性排列。在微晶格超材料中,支柱决定机械强度,而孔径分布影响流体/气体传输。因此,它们广泛应用于需要稳定和高通量运输调节的机械工程和生物/化学/环境领域。微晶格超材料已应用于人体植入物的设计,以模拟人体骨骼的刚度和物质结构,同时支持人体运动、营养运输和新陈代谢。此外,微晶格合理的孔隙分布设计可以调节热传输,使其可以用作高效的隔热装置。微晶格超材料的多物理特性(如机械和传输特性)的可控性允许功能集成、灵活的设计和特性可调性。因此,其可用于抵抗复杂负载环境,也可用于高流量水净化系统。 然而,传统周期性微晶格的几何特征是高度耦合和相互约束的,这限制了其物理性质的可调性。高机械强度通常对应于较少的孔隙分布,因此限制了传输,从而抑制了可能的设计和可调范围。如今,仿生学允许微晶格超材料通过模仿自然形状、性能和功能来实现卓越的物理特性。例如,将竹子状空心支柱元素引入微晶格可以大大提高比刚度和比强度,以接近设计极限;设计多孔莲藕状微晶格可以提供优异的骨再生和修复能力,满足种植体的强度和运输要求。 3D打印技术参考注意到,华中科技大学史玉升教授团队和香港城市大学吕坚院士等团队联合,提出了一种受花旗松启发的创新超材料设计。花旗松可以长到100 m高,但直径仅约1.5 m,这种超高但并不粗壮的树需要相当大的强度来抵御强风,以及具有允许水分和养分从根部到达最顶端的养料传输机制。微观结构分析表明,支持树木强劲生长的关键因素在于源自导管和纤维的交错/双峰孔隙分布模式。棋盘孔有利于利用有限的体积空间进行物质传输,而交错模式类似于三明治结构以提高强度,从而解耦机械传输性能,并实现机械传输性能的协同改进和优异组合,这在很大程度上不同于传统周期性微晶格中的规则均匀孔隙。 受花旗松树双峰孔径分布的启发,研究团队采用体心立方(BCC)微晶格重叠策略构建双峰孔隙。重叠微晶格结构的特点是大小孔隙区域交错分布。通过叠加微晶格并改变内部孔隙区域的空间形状,这种受木材启发的重叠设计策略可以大大增加超材料设计的自由度以及机械和传输性能的可调性。研究团队基于此采用SLM工艺3D打印制造了316L不锈钢微晶格超材料,来满足污水处理系统对支撑框架的尺寸、精度、强度、传输和催化剂粘附能力的综合要求。相关研究成果,以“Wood-inspired metamaterial catalyst for robust and high-throughput water purification”发表在顶尖期刊《Nature Communications》上。 https://www.nature.com/articles/s41467-024-46337-1  3D打印过程结束后,研究人员通过电化学沉积工艺在316L不锈钢表面沉积一层钴(Co),从而获得高效的污水处理系统。该系统集成了高效的Co/SS催化剂和受木材启发的结构优势,从而具有优化的稳定性和高流通量。通过进一步的优化,研究人员实现了突破性的结构-功能一体化——“超材料催化剂”,其具有新兴超材料概念突破所带来的物理-化学特性。 Co/SS基超材料催化剂在机械-传输-催化性能可调性方面具有卓越的性能和更大的自由度。超材料催化赋予了材料在水净化应用中的机械和传输性能的结构-功能集成,以及高效协同催化性能。为了全面展示木质结构超材料催化剂的高强度和良好的水净化传输能力,研究人员构建了一系列具有不同支柱直径(0.30、0.35和0.40 mm)和重叠率(0、30、50和70%)的316L不锈钢微晶格结构。重叠设计策略旨在增加因节点数量增加和支柱内部约束而产生的相对密度,这可以显著提高结构刚度,有效承受流动冲击。同时,木质双峰孔旨在延缓废水的流速,从而增加物质输送过程中的液固接触时间,实现高效催化净化。基于木材结构启发的重叠设计增加了单位体积的表面积,从而增加了流动摩擦。 受木材启发的超材料催化剂  金属3D打印传统微晶格和木质超材料的形态结构和机械性能  仿木超材料催化剂的水净化能力和催化机理 受木材启发的超材料催化剂的稳健性、可设计性和适用性 实验结果证明了仿木超材料催化剂的实用性,受木材启发的超材料催化剂的刚度、传输性能和催化能力是可调的,这表明通过超材料结构设计和3D打印可以轻松实现净水系统的结构功能集成制造。微晶格或多孔结构具有很强的结构可设计性和可打印性,同时在3D打印组件制造中金属基材料也表现出显著的抵抗机械破坏的特性。与微晶格/多孔结构和合成催化剂相比,金属3D打印和电化学沉积相结合的工艺,通过简单的制备而成,集结构强度和功能催化双重功能于一体,具有较强的可制造性、较高的宏观和微观结构可设计性、较强的几何和性能可控性,更高强度和高通量的净水能力。 总的来说,史玉升教授和吕坚院士团队不仅开发出了一款超材料催化剂,更提出了一种新的制造手段。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份); 硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.史玉升教授团队:高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印 2.吕坚院士团队:4D增减材复合制造高精度、高度复杂结构陶瓷 3.NASA研究团队发现金属3D打印孔隙特征大有利用价值并发布可控工艺研究成果 4.3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响
  • 3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响

    3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响

    晶格结构独特的机械和物理特性使其在工程界和生物学领域获得极大关注,3D打印技术是当前一体化、复杂晶格结构制造的重要且快捷的手段。随着研究的深入,对晶格结构的认识正在从均一晶格结构向混合和功能梯度结构方向发展,它的实现仍然需要借助于3D打印技术。这种新的结构形式来自于人们对自然界已存结构的理解,如木材、骨骼、海绵和珊瑚等。 这些自然形成的结构促使研究人员开发出具有相同特性的混合结构或功能梯度结构,并可通过改变壁厚、强度、密度和单元尺寸的分布得以实现。功能梯度结构因其在不同区域的不同性能具有重要的应用潜力。 研究人员已经进行了几项研究,通过不同的方法来增强点阵/蜂窝结构的力学性能,如拓扑优化、支柱宽比、不同直径、层厚以及晶胞类型、尺寸和孔隙率的影响。一些研究提出了混合蜂窝材料的设计,包括互穿晶格、合理的设计方法和功能梯度结构,它们表现出更高的力学性能,如更高的模量、韧性、多稳态/负刚度行为和能量吸收能力。 晶格研究的另一个趋势是功能梯度晶格结构的发展。它是一种由不均匀的单元排列或密度分布引起的结构,具有不均匀的性质。为了提高其力学性能,研究人员检查了功能梯度结构的几何形状、方向和纵横比。此外,还研究了制造工艺对表面基和梁基等各种结构的晶格结构、变形行为和压缩响应的影响。 这些讨论揭示了混合结构和功能梯度结构的整合需要有意识的融合不同的晶格模式,目的是提高强度和响应能力。这种协调一致的方法有可能带来更高的性能和使用效果。混合结构和功能梯度结构的战略融合使我们能够为提高能量吸收和耗散效率定制材料响应,同时加强整体结构刚度。从文献中得出的结论是,大多数与混合结构有关的研究侧重于纵向/线性设计,而功能梯度结构的研究主要涉及具有不同梯度参数的单一结构,如单元胞拓扑结构、单元厚度、支柱长度和孔隙度。值得注意的是,文献表明,仅对径向混合结构(包含两个以上结构)进行了少数研究。 来自香港理工大学、法赫德国王石油与矿业大学(沙特)、大阪大学的组成的团队在《国际先进制造技术杂志》发表了题为“Effect of additive manufactured hybrid and functionally graded novel designed cellular lattice structures on mechanical and failure properties”文章,结合基于梁和基于表面的结构的不同单元,设计和评估了新型功能梯度径向杂交结构。该研究引入了一种圆柱形/径向杂交方法,结合了来自束基结构的BCC、FCC和八隅体,以及来自表面结构的金刚石、陀螺体和split-p。 研究人员表示,这是第一篇研究放射杂交功能梯度结构的论文。他们设计并研究了四种不同的模型: 1)均匀密度的基于表面的混合结构 2)均匀密度的基于梁的混合结构 3)功能梯度的基于表面的混合结构 4)基于梁的功能梯度的混合结构。 本研究以聚乳酸为原料,采用熔丝制造(FFF)制造。进行了准静态压缩试验,以评估杂交和功能梯度对压缩模量、极限强度、比能吸收和失效性能的影响。 1a通过采用NTOTI软件设计的带参数的圆柱体和带参数的(A-II)设计的格子结构;1b(b-i)具有不同半径和相同高度的三个圆柱体(b-ii)三个基于表面的晶胞,以及(b-iii)三个以梁为基础的晶胞 设计和印刷的三种基于梁的晶格结构 三种基于表面的功能梯度晶格结构 三种设计和打印的基于梁的功能梯度晶格结构 用晶格结构的图像来测量表面积 压缩试验中不同品系表面基和梁基杂交和功能梯度晶格结构的变形行为 压缩试验后变形的混合和功能分级晶格结构 两种不同晶格结构间加强界面的方法 根据研究,得出以下主要结论: 与混合结构相比,基于表面的功能梯度晶格结构在力学性能上有显著改进。压缩模量分别提高了71.97%、71.86%和5.16%,极限强度分别提高了8.97%、12.15%和36.05%。另外,比能吸收率提高了2.85%,4.76%,19.10%。这些改进可以归因于该晶格结构的独特设计和优化,使其能够经受更高的压缩载荷和应力之前的失败。 基于梁的功能梯度结构展示了不同的机械行为。前两个模型的压缩载荷分别为50.67%和0.59%,第三个模型的压缩载荷分别为34.99%。同样,在第一个模型中,极限强度增加,但在第二个和第三个模型中分别减少。前两个波束模型的比吸收能量增加,而第三个模型的比吸收能量减少12.82%。这些变化可以归因于单元晶格的定位、体积分数和结构内屈曲的发生。 在功能性梯度梁基晶格结构中主要观察到屈曲现象,主要是由于单位单元位置、体积分数和结构几何的变化。单元类型的重新定位导致体积分数的减少,导致支柱的破坏和随后结构的屈曲。 总之,本研究通过对功能梯度放射性杂交晶格结构的设计和优化提供了有价值的见解。研究结果展示了功能梯度结构的优越力学性能,并强调了与梁基结构中屈曲相关的挑战。这些见解可以为未来的研究提供参考,并有助于各种应用的晶格结构的发展,使它们能够在失效之前经受更高的压缩载荷和应力。通过利用独特的混合和功能梯度方法,设计师和工程师能够提高晶格结构的性能和可靠性,能够设计轻量级部件,并扩大其在航空航天、汽车等行业的潜在应用。 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份);硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.盘点:2023年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破 2.年后第一大展!AM CHINA增材技术/粉末冶金/先进陶瓷,要对比着看! 3.GRX-810新超级合金3D打印火箭发动机成功测试 4.史玉升教授团队:高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印
  • 同济大学顶刊:3D打印仿生碳纤维增强复合材料夹层结构

    同济大学顶刊:3D打印仿生碳纤维增强复合材料夹层结构

    土木工程、航空航天、交通运输等多个领域对具有高能量吸收能力的轻质复合材料结构的需求不断上升。在结构上设计微观结构是提高其机械性能或开发新功能的有效方法。为了进一步增强能量吸收能力,研究人员更加关注分层或分形仿生结构。 通过3D打印技术制造的仿生复杂分层复合结构表现出优异能量吸收能力。研究发现,利用聚乳酸(PLA)FDM3D打印双级蜂窝结构与普通蜂窝结构相比,最佳蜂窝结构的比能量吸收值增加了45.6%;基于三周期最小表面(TPMS)的轻质晶格结构的3D打印也获得了研究,通过集成陀螺仪和金刚石表面结构的孪晶边界,进一步提高了TPMS结构的负载能力。晶格结构还表现出不寻常的特性,可以指导具有受控刚度的机械超材料的设计。 当使用纤维增强复合材料时,结构的机械性能可以进一步增强,但提高轻质碳纤维增强复合材料结构的能量吸收能力对其进一步工程应用至关重要。同时,仿生结构与传统的工程结构相比,该结构表现出优异的机械性能。许多天然植物和动物都具有基于内部分层结构,使它们具有高抗冲击特性,例如骨、腱、马尾和竹子。模仿这些结构的设计也成为如今研究的重点。 3D打印技术参考注意到,同济大学航空航天与力学学院的研究团队设计了基于弧形、圆形和六边形最基本形状单元的三种仿生分层结构,生成了具有不同结构比例的蛇形、竹形和蜂窝形分形结构。这些结构采用3D打印技术制造,并通过实验和数值模拟评估了能量吸收能力。研究团队以“3D printed bio-inspired self-similar carbon fiber reinforced composite sandwich structures for energy absorption”为题在复合材料领域Top期刊《Composites Science and Technology》发表了论文。 仿生分层分形结构的设计:蜂窝、竹子、蛇状细胞和自相似结构 3D打印的分层分形结构 蜂窝、竹子和蛇状细胞分层自相似结构的仿生分形均质细胞吸能过程的实验与模拟比较 研究团队选择吸能性能最好的自相似结构进行夹层复合材料结构的设计。在自相似复合材料夹层结构的研究中,探索了七单元阵列形式的竹夹芯复合结构的能量吸收能力。复合材料夹层结构由两块CFRP板和夹在它们之间的复合材料芯材组成。该面板采用碳纤维增强环氧树脂预浸料铺层热成型,厚度为1毫米。研究人员构建了以短碳纤维为增强体、以尼龙为基体的复合材料,具有优异的抗压缩变形能力。此类组件材料比其他3D打印预浸料具有更好的工程应用潜力。Onyx复合材料预浸线的密度为1.2g/cm3,压制模量为768 MPa,泊松比为0.3,屈服强度为21MPa ,每层打印厚度设定为0.1毫米。CFRP面板使用环氧树脂粘合到芯材的两侧。共制造了三种结构,然后在300°C的烘箱中加热6小时,因此这种复合夹层结构由于良好的CFRP板/芯界面粘合性能而保持了结构完整性。 基于竹分形晶格的分层自相似复合夹层结构的能量吸收机制。(a) CFRP 面板和夹芯板构件(b) 压缩过程的变形机制(c) 力-位移曲线(d)压缩载荷下的损伤形式 根据目前的分析,与蛇形分形结构相比,蜂窝和竹子分形结构表现出优越的能量吸收能力。此外,竹子分形结构具有最高的能量吸收能力。数值结果表明,具有七个单元的竹子分形结构有效地代表了具有单元阵列的自相似结构的能量吸收能力。最终,3D打印的自相似复合夹层结构作为轻质吸能结构展现出巨大的潜力。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110453 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份);硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.上汽大众高级总监:增材制造技术在汽车工业中的应用案例和展望 2.卢秉恒院士团队:连续纤维增强聚合物复合材料的3D打印——发展、应用与展望 3.通知:2024 AM China增材制造展参观攻略、展商名单、展位图! 4.中国3D打印行业正处于创新与经济转型的交叉点,未来充满挑战与机遇
  • 3D打印点阵结构大综述:点阵类型、材料、力学性能、缺陷和挑战!

    3D打印点阵结构大综述:点阵类型、材料、力学性能、缺陷和挑战!

    点阵结构在生物医学等领域有着至关重要的应用,因为它具有与骨组织更快和更强的结合等优点。因此点阵结构的制备是目前特别受欢迎的研究领域。这项研究总结了使用增材制造技术制备点阵结构,并研究了它们的优点和缺点。主要目的是了解增材制造的点阵结构零件在航空、汽车和军事领域的应用及研究,在此分类中点阵结构增材制造技术被归类为工程生产技术,并研究了该领域的具体实例。相关研究成果由土耳其卡拉比克大学和塞尔丘克大学以及波兰奥波莱技术大学的研究人员共同归纳总结,发表于高水平工程制造领域期刊《Journal of Manufacturing Processes》(IF:6.2)。 www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612522005199 随着社会的不断进步,新的技术不断涌现。最重要的发展之一是工业4.0的应用,被称为第四次工业革命。在工业4.0中,工业的重点从传统制造工艺转向先进制造工艺,3D打印技术是专为复杂结构应用而开发的新型制造技术。采用3D打印制造的零件近年来开始在航空、汽车、电子、珠宝和医疗等领域频繁被提及。该技术的最具前途的工艺之一是选区激光熔化(SLM)。这些制造技术促进了传统方式制备复杂且昂贵的钛和镍合金部件的制造。具有这些合金的复杂形状的多孔零件被制造出来,这种可变的多孔点阵结构在轻质、成本和时间方面具有优势,并且比强度高。其中孔隙率是点阵结构的设计涉及几个重要的变量之一。点阵结构的单胞结构、单胞尺寸、相对密度以及体积孔隙率极大地影响了所创建结构的机械特征和密度。因此有必要对SLM制备的点阵结构已发表的研究做一简单梳理和总结,以指导以后的研究。 增材制造技术 SLM技术最显著的优点之一是它可以制备具有复杂几何形状的组件,以及点阵结构之类的零件。点阵结构零件可以提供卓越的强度/重量比例,出色的热性能,使其成为航空航天和医疗行业等高利润工业用途的理想选择。在考虑SLM增材制造时,想到的第一种方法是开发具有高比强度的更轻结构。另一种方法是执行设计优化,实现更轻结构的另一种方法是使用多孔或点阵结构。为了制备极其复杂和功能性的金属结构元件,已经开发了各种增材制造技术。电子束熔化(EBM)和选区激光熔化(SLM)是这些方法是生产复杂、轻质和高价值产品的潜在技术。由于增材制造技术消除了传统方法的设计限制,因此3D蜂窝点阵结构的制造变得越来越重要。胞状结构分为两种类型,即周期性胞状晶格结构和随机多孔结构。周期性胞状点阵结构具有通过晶胞的复发建立的均匀结构。周期形式表现出许多优于具有相似体积比或重量的随机结构的性质。因此,晶格周期性胞状形式有可能获得创新或多功能的轻质结构,用于空间和飞机等高价值工程成果以及生物医学产品,例如人体植入物等。 图2 SLM技术生产的点阵结构零件 基于SLM工艺的晶格结构 使用正确的SLM加工工艺制备具有最佳性能的晶格结构零件至关重要。粉末形态、大小和化学成分只是决定SLM生产质量的众多方面中的一小部分。SLM晶格结构的机械特性,如强度和模量,以不同的方式受到这些参数的影响。与其他加工因素(如扫描速度或层厚度)相比,激光功率对SLM晶格结构强度和模量以及尺寸精度的影响最大。SLM组件中的晶格结构也受到加工因素的影响,这些因素会影响机械质量。仍然需要对SLM加工参数与机械质量之间的相互作用进行更多研究。许多公认的合金如Ti-6Al-4V和316L不锈钢已被有效用于制造致密,可靠的零件。增材制造技术和材料的增长都接近转折点,航空航天工业对增材制造非常感兴趣,因为它具有轻量化的可能性,例如内部用点阵结构代替传统实体部件,包括等强度的晶格结构。AM晶格结构的其他特征,例如制备保形制冷网络的能力,使其成为用于航空航天的有力替代方案。已经有研究人员开发出基于晶格的轻质级热调节器。热控制器是管理不同航天器电子设备温度的关键组件,较旧的设计显着增加了宇宙飞船的重量,通过使用SLM制造的晶格形式能够制造出一种热装置,与同等质量的传统零件相比,热容量提高了50%。 图2 自然界的点阵结构模型 3D打印晶格材料是生物医学应用的理想选择,因为它们能够制造具有接近骨骼韧性的金属装置。这些结构可能被设计成促进良好的骨结合。总而言之晶格材料由于其卓越的特性而被广泛用于航空、生物工程、机器人和其他工业领域。关于增材制造的使用,特别是生产晶格结构的SLM零件,研究人员还通过模仿自然界的秩序和平衡来获得现代技术材料。特别是具有中空结构的天然细胞结构,如人体骨骼、蜂窝结构,已知用于一些工程应用。图2是自然界中的点阵结构模型。晶格结构是由相交节点和支柱或壳组成的晶格梁系统,由基础的重复单元组成。晶格结构是一种细胞结构,与大型工程结构不同,具有毫米或微米尺度。众所周知的晶格结构材料的几何形状,如图3-图4显示了不同晶格单元和两个晶格设计示例。 图3 众所周知的点阵结构的不同几何形状 图4 点阵结构设计的两个不同例子 晶格结构的材料类型 晶格材料通常是在二维或三维中具有周期性排列的晶胞材料,这种结构与晶体中看到的晶格结构相当。在各种材料结构中,晶格结构能够实现每单位重量最高的结构效率。因此晶格结构被广泛用于注重最小化重量的应用,例如航空航天工程和汽车制造。近年来晶格超材料的研究重点已经从单纯的机械特征转向更广泛的物理、化学和生物属性。图5中总结的晶格超材料的特征在各种科学和技术领域的应用。随着新设计、功能和应用程序的出现,该数字会不断快速更新。目前最新的研究领域之一是开发具有更高刚度和强度的新材料,同时保持恒定的密度。为了解决这个问题,最初提出了周期性微桁架晶格作为解决方案。后来表明这些结构的相对密度和刚度之间存在线性缩放关系。这种线性缩放关系起源于拉伸主导的变形机制。 图5 晶格材料的特点晶格结构的类型 增材制造的晶格结构主要有:基于支柱的点阵结构,其特征在于在不同空间方向上具有规则重复的基本单胞。立方体以及面心立方体(FCC)蜂窝网络拓扑是极常探索的支柱建立单元拓扑,例如z轴的插入(FCCZ加BCCZ)。上述支柱构建的网络拓扑由于其设计简单性而通常被优先选择。三周期极小曲面 (TPMS) 晶格结构,在三个主要方向上形成无限且不相交的周期性晶格。微分几何将最小曲面定义为平均曲率为零的曲面。这意味着它们在所有点上都是同样凸和凹的。壳晶格结构,AM可以用薄膜而不是支柱制成的元素细胞制造细胞形式。上述晶格形成,也称为“壳晶格”。功能分级结构是与均质多孔细胞结构相比,具有各种晶胞结构、元素单元大小或任何方向的相对密度的结构,是通过将施加可变孔的几何形状分成多个层并赋予每层不同的晶胞、晶胞大小或相对密度值来创建的结构。功能分级结构因其与骨组织的相似性而在植入物应用中特别受欢迎。由于天然骨骼由皮质骨外骨和内小梁骨组成,因此结构的可变孔隙率具有足够的能力,为成功的植入物应用提供生物和机械性能的区域差异,如图6所示。图7包含细胞结构的形态学实例。 图6 晶格结构骨科植入物的内部结构 图7 晶格结构及其类型 晶格结构的力学性能 晶格结构在压缩中通常经历三个阶段,即弹性、塑性和凝结。在弹性阶段,晶格结构的变形是有弹性的。当超过屈服强度时,材料会发生塑性变形。在扭转主导晶格结构中,材料在塑性变形阶段在恒定应力(平台张力、抗压强度)下变形。在伸长率主导的晶格结构中,继续变形所需的应力振荡。当变形继续并且每个电池与其他电池接触时,达到冷凝阶段。在这个阶段,进一步变形所需的应力量显着增加。 晶格结构的弯曲主导行为或伸长主导行为对增材制造的晶格结构的压缩行为有很大影响。拉伸主导结构更耐用,而压缩支柱首先受损,并且脆性大,而扭转主导结构变形更一致,吸收更多能量,支柱在压缩状态下弯曲或扭曲,并且具有延展性。研究表明扭转主导晶格结构的强度和刚度降低。具有伸长主导行为的晶格结构具有比具有扭曲主导行为的晶格结构多5.4-7倍的弹性模量和9-10.4倍的机械强度。 研究发现,四面体形成具有很强的压缩性能和能量吸收能力。除了结构的轻质制造外,还可以利用能量浓度的优越作用单元设计。如图8 是使用由 (a, b) 四十面体(c)金刚石形状结构(d) 体对齐立方体形式 (BCC) 的单组分单元组成的重复元素制备的点整结构。还有研究表明通过SLM制备的仿生异质玻璃海绵晶格结构的压缩有效性以及破裂进展。建立了类似于Ti6Al4V异构GSLS的仿生圆/网格。GSLS在压缩操作期间超过了FCC,BCC,蜂窝以及金刚石LS,弹性模量,初始极端压缩强度,压缩屈服强度以及动力浸没,图9显示了五种故障特性。 图8 晶格材料(a,b)四十面体;(c)金刚石;(d)BCC 图9 示意图描述了五种不同LS在未压缩、开裂和失效状态下的断裂特征 增材制造的点阵结构具有优异的抗冲击性。点阵结构采用316L不锈钢和Ti6Al4V合金材料制成的BCC和BCCD点阵结构作为中间材料,增加了点阵结构的分层阻力,并且随着相对密度增加,结构的抗冲击性也会增加。用相同相对密度的晶格结构取代了方形蜂窝结构的细胞壁,从而具有更高的能量吸收能力。在垂直和水平构造取向下,垂直建筑方向试件比水平建筑方向试样具有更强的拉伸和断裂韧性。 晶格结构在动载荷下的疲劳行为可以在三个不同的阶段进行评估,在第一阶段,应变迅速增加,在第二阶段,疲劳开裂开始,总应变保持在10的四次方到6次方个循环,在最后阶段,总应变对数增加,导致零件损坏。这三个阶段中的第一个阶段与裂纹萌生时间有关,另外两个阶段与裂纹扩展时间有关。研究表明,由粘附在支柱表面的粉末引起的高应力集中,由支柱附近形成的闭合孔引起的高应力集中,以及晶格结构中形成的微观结构不适合高周疲劳。另一方面疲劳强度的这种差异归因于高表面粗糙度和微观结构的α'脆性相。为了提高其疲劳强度,使用热处理,高等静压和化学磨损等方法。然而这些方法对晶格结构抗疲劳性的影响并不总是相同的。也有研究表明,胞状类型对SLM晶格结构的微观结构没有任何影响,图10显示了不同应变下不同点阵结构零件的变形机制。 图10 不同结构不同应变下结构零件的变形失效模式 挑战与建议尽管增材制造工艺提高了其在现代制造业中的潜力,但在制造组件时仍需要面对许多挑战,尤其是晶格结构。以下是在制造任何晶格结构之前应考虑的挑战:对于复杂的结构,支撑结构的应用对于制造构件非常重要。例如,在悬垂区域的情况下,使用特殊支撑来激活准确高效的构建过程,大型悬垂结构需要适当的支撑,以避免熔融金属在粉末床中坍塌。另一个重要参数,即支柱角度应选择在大尺寸晶格结构的最佳范围内,因为最差的支柱角度表现得像悬垂支柱,会发生部件的缺陷或故障。此外最佳支柱角度有助于散热。移除支撑也是一项繁重的任务,当支撑被移除时,有时会损坏晶格结构。因此,支撑的应用应最少,以避免制造后的任何损坏。SLM参数、单元尺寸、材料类型的选择对于制造晶格结构非常重要,因为选择最佳参数有助于减少制造时间和成本。结论和展望 增材制造技术被认为在未来的工业应用和工程中得到有效应用,被认为在未来几年比模具生产更有效。如果由于成本原因无法在这些系统中生产设计,模具生产作为替代解决方案提上议程,可以为成本问题提供解决方案。 在工程领域,生物医学、航空航天部件生产的一些实验和学术实例将直接铺设用于工程部件的批量生产,因为未来材料和系统成本将达到可接受的水平。在此开发过程中要克服的最重要问题之一是开发与要使用的增材制造系统参数兼容的设计解决方案。 众所周知,当根据经典生产方法进行的设计希望在晶格结构增材制造技术中生产时,需要进行许多修订。这在拓扑优化的一般设计逻辑中也可以看到,该逻辑用于产品缓解。 完全按照生产参数开发的有机形式将是未来几年的设计趋势,而不是通过将其置于拓扑结构并将其转化为可以通过增材制造生产的有机形式来减少为经典方法开发的设计。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信:2396747576(请注明身份); 硕博千人交流Q群:248112776;网址: 延伸阅读: 1.西工大张卫红院士团队-仿生双曲面点阵结构材料承载、吸收能量研究 2.尺寸达1.3米,铂力特BLT-S1000 3D打印铝合金蒙皮点阵结构 3.结构、功能一体:增材制造GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为 4.晶格结构3D打印机遇与挑战并存——设计与可制造性分析