铝合金 – 3D打印技术参考-(第6页)    
  • 中南大学实验室铝粉爆燃,博士生受伤严重,3D打印实验安全性引关注

    中南大学实验室铝粉爆燃,博士生受伤严重,3D打印实验安全性引关注

    4月20日,中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故,一名博士研究生受伤。26日,中南大学湘雅附三医院工作人员透露,20日确实接收一病例,该病例全身60%烧伤,右眼球或不保。 目前该病人正在ICU病房接受治疗,网传消息称燃爆疑似因实验室铝粉爆炸。26日,该校材料科学与工程学院一工作人员表示,因部分实验室不符合安全条例,院内实验室已全部关停整改。 图片来源:澎湃新闻 4月27日,中南大学官方微博发文称,4月20日,中南大学发生一起爆燃事故,一名博士研究生受伤。在知乎话题《如何看待 2022 年 4 月 20 日中南大学材料院发生爆炸?》中,3D打印技术参考看到了有同学讨论到了3D打印实验过程的安全性: △左右滑动查看更多 此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟,无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。2013年,美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc. 公司发生金属粉尘爆炸,一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤,现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外,国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属,这些材料可燃,因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快,并会产生极高的温度和压力,因此需要格外小心。 与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时,就会发生爆炸。 金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料,会不会引发铝热反应,是否配备了D类灭火器等等。 实际上,金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源(或物质)进而会造成特定的危害。 金属3D打印用的金属粉末,粒径分布通常为几十微米,可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属,风险尤其大,必须受到粉尘浓度的特定限制;其他金属粉末,如钢或其他含镍合金,则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。 国内的保护措施和此类似,即口罩、手套和工服但几乎没有配备防护眼镜 有时皮肤和粉尘之间并没有隔离 在组件的打印过程中危险同样存在,熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统,仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间,从而造成室内环境的污染。随同废气的排出,一部分惰性气体如氮气尤其是氩气,也是风险的来源。设备的维护过程,如过滤系统的清洁,其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小,若处理不当,很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。 粉尘污染的问题总是难以解决 典型的SLM工艺链具有特定于材料的危害:高度易燃、致癌、产生水污染甚至起火。这些危害的具体风险必须根据所使用的设备和材料以及过程基础设施进行单独评估。根据各工艺链环节以及清洁工作过程中的危害,2018年出版的《金属增材制造(SLM)安全操作手册》则给出了过程安全的多项建议(文件已上传QQ群)。 关于金属打印的这些风险并非危言耸听,国内曾发生多起事故,包括但不限于火灾和爆炸,而且多与操作不当有关。 全面评估制造过程中的风险 基于对SLM工艺过程的整体评估,德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案,其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序,实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。 金属粉末的处理必须格外小心,并且在可能的情况下,应在保护性气氛中进行。目前,全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视,以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作,这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。 SLM solutions实现的全封闭粉末处理方案 通过安装具有单独、稳定空气交换速率的通风系统,以及通过在等电位连接下执行所有工艺步骤,可以将粉尘爆炸的风险降至最低。作为防火和防爆的一部分,生产车间或实验室须配备自动温度传感器;气体传感器则可以以检测逸出的保护性气体和其他工艺气体。如果仍有其他风险,则必须穿戴适当的个人防护设备。 职业安全必须与技术创新保持同步 《金属增材制造安全操作手册》描述了SLM工艺过程的危害并提供了处理建议,这些建议必须适应现有的基础设施、生产技术和结构框架条件。Bayreuth大学与Fraunhofer IPA合作,努力将该指南应用于其他技术和挑战,并将其确定为行业标准。通过按照精益生产5S管理方法设计工作场所和流程,将进一步提高生产的安全度、清洁度和有序度。对于更换循环过滤装置这样的不常进行的操作,也需要有标准的工作次序。此外,应定期检查保护措施,确保及时更新和可正常工作,职业安全标准须始终与增材制造的技术创新保持同步。 这背后的管道式结构是怎么作用呢? 由于危害的多样性和缺乏对人体暴露在此种制造环境中的长期研究,目前的安全生产条例和保护法规并不能确定是否适用于SLM技术。VDI增材制造技术委员会对设备运行安全性进行了详细研究,以确定安全生产标准;欧洲焊接联合会也对3D打印的操作安全进行了标准确定。但目前国内仍没有明确的行业标准,设备商多从经验角度给出自己的安全规程。最后,希望从事相关技术的企业、高效能够足够重视安全,也希望官方机构能推动相关行业标准的推出。 欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流Q群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.获业内首次融资最高纪录,汉邦科技金属3D打印助力后疫情时代传统制造业变革 3.视频:3D打印的火箭发动机进行全力点火测试 4.国产3D打印解决方案为SpaceX、特斯拉级别的企业制造工装夹具
  • 为大型、重型3D打印零件自动清粉,国产解决方案比人工省时90%

    为大型、重型3D打印零件自动清粉,国产解决方案比人工省时90%

    过去一年,中国金属3D打印市场发展迅猛。据统计,国内拥有近百台金属机的服务厂商多达8家甚至更多。同时,随着关键性技术的攻克,增材制造的发展指向新的趋势:3D打印机逐步向大型发展,大尺寸高效成型能力逐步增强,金属3D打印迈进重量型、大生产时代! 大尺寸设备意味着更高的工作效率,可以加快在航空航天、船舶、汽车等领域的应用,但也对打印工件的质量与精密性提出了更高的要求,打印后处理的问题也逐渐显现:金属3D打印的制造特点决定了粉末残留的必然性,如何有效清理大型工件内部残留的粉末,成为后处理的一个重要课题。 https://v.qq.com/x/page/m3333abn4ydtml 清粉3D打印后处理的重点环节 据了解,3D打印零件漫长的手工后处理和去粉化方法为制造商增加了不少成本。小型工件虽然可以人工进行清理,逃逸的粉末仍会对操作员身体健康产生不利的影响,更何况是大型精密工件?若想做好工件的清粉,做好以下几点是关键。 一是人工清粉的效率和安全问题。对于结构复杂且内部管路细密、质量较大的工件来说,人工清粉的技术有限,且不能通过摇动、振动等方法使粉末完全与工件分离,不仅清粉有难度,效率也很低下。 安全问题包括工件安全和操作工人的安全,工件安全是指若操作不当引起工件损坏,对制造商来说是致命的损失;不仅如此,清粉过程中若防护不当,操作工人长期吸入空气中的金属粉末,也会对健康造成极大的影响。 二是粉末回收再利用问题。粉末处理不到位首先会造成环境污染。金属粉末价格高昂,能有效、不影响粉末质量的情况下回收再利用能很好的降低成本。 大型工件的清粉问题要想处理好,必须在以上几点下足功夫! TCB-100大工件清粉的解决方案 基于以上痛点,浙江拓博环保科技有限公司于2017年就开始对清粉设备进行了专门研发,并针对解放人力、保护操作员安全、保证工件安全、提高清粉效率、粉末高效回收等多个方面做了深入研究和试验,应对大型工件粉末清理的TCB-100防爆3D打印工件清粉系统由此而生。 TCB-100,针对航空航天、汽车、船舶等大型3D打印工件,可对其进行内部及隐藏空隙进行清洁工作。此系统以尽可能少量的人工操作,尽量多且高效的回收设备中残留的粉末为核心,节省时间高达90%,大大减轻人力负担,且能在惰性气体的保护下实现各种清粉操作,极大的保护了设备安全和人员安全。加之在密闭的空间内操作,操作员的劳保安全也能得到有效保障。 这一设备在实际投入使用中意义重大,对企业来说不仅意味着清粉时间的缩短,更重要的是为制造商缩短了交货时间。成本的降低,即是利润的增加,对企业来说,此类设备的使用大有裨益。 多管齐下,清粉效率大幅提升 那么TCB-100防爆3D打印工件清粉系统是如何实现高效清粉的呢? 从负载设计上来看,大型、坚固的结构为大型工件的清粉提供了可能性,毕竟市面上少有应对大型工件的清粉设备。TCB-100防爆3D打印工件清粉系统可安装工件尺寸450x450x450mm,负载可达到130kg,此规格已能覆盖大部分市场上大型工件的清粉需求。 清粉的高效与否取决于清粉功能的设计。TCB-100针对复杂粉末路径难处理的特性,设备通过伺服电机使工件可360度立体旋转,确保无论工件内部需要清粉的粉末路径有多复杂都能够得到清理。控制工件的方式可采用程序来进行,也可通过符合人体工程学的摇杆来进行控制,并且可以通过摇杆控制工件旋转的速度。360度立体旋转,让粉末流动更加可控,也能根据实际情况加以调节,清粉更加便捷高效。 除此之外,振动装置和吹尘枪等套件的搭配使用,也提高了设备清粉的效率。设备通过振动装置对工件实施振动,从而将工件中密实的粉末被振散使其易于流动、脱落。配有吹尘枪套件用于高压吹扫狭小空间内的粉末,并且设有吸粉接口,可对接吸粉设备直接将粉末回收。如此一来,即便是复杂结构的工件,也能通过此装置顺利完成清粉的操作,粉末也能得到有效回收,不会对环境及人体造成危害。 安全防爆,更多人性化设计 后处理的过程中,除了要考虑到清粉的操作性与效率,对安全性的考虑也是重中之重。3D打印工件中的金属粉末通常都是易燃、易爆的,购置防爆设备一定要购买经过防爆认证的设备。TCB-100经过第三方权威认证机构认证,确保防爆性能符合相关规定,防爆性、安全性毋庸置疑! 金属粉末活性高,容易造成安全隐患,提前做好防护便能大大规避风险。TCB-100的便捷操作性方方面面透露出人文关怀:全自动惰性气体保护,在线检测手套箱内氧含量、压力,面对突发情况可快速做出反应;全密封手套箱设计,在密封的情况下操作内部工件,防护到位,操作员的安全也得得到有效保障;充气密封结构,确保手套箱的高防护及氧含量的持续保持;进口耐磨、抗老化防静电手套,符合防爆要求,进一步保障操作员的安全;电器元件及PLC均采用国际一线品牌,如ABB,西门子,费斯托等,高质配件,质量有保证,保障设备的高效耐用。 作为一种专业的清粉解决方案,TCB-100还配有系统化设计,例如定制化全电动叉车、吸粉设备、筛分设备等供选配,配合清粉设备完成更加高效的运输、清粉、筛分、回收等一系列的工作。 当3D打印迈向新的发展里程,大尺寸、高精度和高性能将成为现在乃至未来设备的必备特性,也昭示着3D打印以实际行动助力着制造业产业升级。与此同时,后处理包括清粉等环节的辅助设备也将在市场占据一席之地。 2022年浙江拓博环保超大型清粉设备也即将面世,新品负载高达1000kg,安装工件尺寸高达850×850×1200mm,此规格可以涵盖到全球3D打印市场95%以上的工件尺寸。拓博希望大型工件甚至超大型工件清粉的问题将不再困扰3D打印技术的发展,将不断创新与突破,解决应用端遇到的难题。 注:本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流Q群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.为大型、重型金属3D打印零件自动清粉至关重要 3.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 4.王华明院士演讲:大型金属3D打印对重大装备结构、材料和制造业的影响
  • 采用3D打印集成制造汽车发动机部件,为现代成熟产品减重21%,提升动力总成效率

    采用3D打印集成制造汽车发动机部件,为现代成熟产品减重21%,提升动力总成效率

    现代乘用车的汽油和柴油发动机采用全铝设计,成本和重量优化使用最新的传统生产技术。近年来,这些发动机的重量功率比呈渐进式增长,3缸和4缸发动机的质量功率比约为1.1kg/kw,反映了发动机在给定的生产边界条件下,材料特性、载荷分布和结构使用之间的平衡。这同时意味着,用常规生产技术进一步显著减轻重量是不可能的。 为进一步研究在新技术业态下发动机继续减重的潜力,德国联邦经济事务和能源部发起了一项名为LeiMot(轻型发动机)的研究项目,吸引了多家汽车工业重量级公司的参与,如FEV欧洲有限公司、大众汽车、亚琛工业大学以及弗劳恩霍夫的相关研究机构。项目旨在通过金属3D打印以及新型金属材料为发动机关键零部件减重。2020年8月,该项目现已进入了最终的发动机原型机阶段,通过使用纤维复合材料以及3D打印技术制成的部件替代传统的金属零部件,有望将最新一代内燃机重量减少30%。 采用金属3D打印的LeiMot发动机 采用金属3D打印开发的LeiMot发动机 因较高的机械负载能力,大众公司EA288Evo系列的2.0L涡轮增压直喷柴油发动机被设定为优化对象,并特别选中了汽缸盖和曲轴箱两个部件。这两部分均采用选择性激光熔融工艺制造,而不是像过去那样采用压铸铝。3D打印的高设计自由度不仅被用于减轻重量,还用于改善发动机性能。在LeiMot发动机概念的开发过程中,零部件的设计边界一直遵守3D打印的整个流程,包括支撑结构、打印方向和后处理。 研究人员首先对气缸盖和曲轴箱进行了功能分解。通过该方式,研究人员可以分析每个功能,并可以根据给定的边界条件进行设计优化。此外,研究人员需要确保LeiMot气缸盖能与大众曲轴箱实现相互兼容。同时,研究人员必须保留参考发动机的重要接口和组件,尤其是曲柄连杆机构、配气机构及换气组件。 优化汽缸盖——实现传统工艺无法实现的结构设计研究人员通过专门的设计方法,使厚度不大于2mm的材料实现了冷却、润滑及换气等功能,晶格结构的厚度明显小于2mm。与传统的铸造工艺相比,该方法可以根据负荷的不同而采用多种壁厚参数,且不会存在与传统制造相关的结构弱点。对于汽缸盖而言,工程师们需要对某些受到较高机械应力的区域进行加固,因为燃烧过程主要产生弯曲载荷,而整个发动机则要承受扭转载荷。减重与刚度的最佳比例是工字梁和集成封闭控制台的组合。最终,采用选择性激光熔融3D打印技术制造的结构优化AlSi10Mg汽缸盖重量减轻了2.3公斤,比原来的部件减重22%。 LeiMot气缸盖结构设计方案 带有晶格结构的排气道 3D打印技术的设计自由度有利于研究人员直接将各种结构集成到生产过程中。研究人员有针对性地对具有气隙和较少导热横截面的绝缘晶格元件进行了设计,从而优化了排气道的隔热效果,并可减少进入气缸盖冷却液的排气热量。在额定功率条件下,该隔热系统可使流入气缸盖的热流量减少5%。这可以缩短排气后处理系统的预热时间,并提高涡轮入口温度。 重塑曲轴箱——材料和结构要匹配性能 曲轴箱同样采用AlSi10Mg进行3D打印制造。考虑到曲轴箱的重量和刚度,决定采用铝制底座的短裙设计。通过减小轴承座的主轴承摩擦直径,可以用铝板底座替换钢制轴承盖。经过重新设计的曲轴箱(包括底座),与原始组件相比,重量减轻了5.1公斤。研究人员通过采用拓扑方法,对组件的主要流动路径进行了优化分析,并为隔板外部等低应力区域设计出了空腔和晶格结构。 对于接近极限的轻型设计方案而言,研究人员在设计过程中对材料特性进行了深入了解。由于该款材料有着特殊的微观结构,通过3D打印技术生产的部件的机械性能与通过传统铸造工艺制成的部件的机械性能之间,存在着显著差异。因此,研究人员通过样本研究了3D打印铝合金在不同温度下的多项机械性能,并将结果用于计算。 LeiMot曲轴箱 LeiMot水套 为进一步改善曲轴箱的冷却性能并使气缸温度实现均匀分布,研究人员在缸套间采用了宽2mm、高3mm的椭圆形冷却通道,以此对内孔进行冷却。此外,水套内部为经过充分优化的晶格结构。该结构扩大了传热面积,改善了冷却液流动过程,并提高了气缸刚度。改善后的缸套冷却系统可使缸套变形更为均匀,并能相应改善摩擦和漏气现象。 除此之外,通过采用3D打印技术,研究人员设计出了无明显偏转现象的新型油道方案。气缸盖和曲轴箱中的油道(直径范围为3-8mm)可实现直接打印。弯曲的通道和平缓变化的横截面会使气缸盖和曲轴箱内部管道系统的压力损失降低约22%。 END 归功于增材制造方法,该项目开发的概念发动机最终将配备最少数量的组件,通过极少的组件和高功能集成来最小化材料使用,最终基准柴油动力乘用车的主要部件减轻了约21%的重量,同时也提高了动力总成效率、运行性能、热管理能力,并且改善汽车噪声、振动和舒适性。 LeiMot研究项目有力证明了新制造工艺的设计可行性。此外,该项目还有助于研究人员探索用于内燃机开发的新方法。2021年,FEV公司将制造出5个LeiMot产品原型,并通过机械和热力学试验对其进行检验。 在中短期内,大批量通过3D打印技术生产的组件依然很难与大众市场的传统制造工艺进行竞争。在飞机部件制造等小批量生产过程中,3D打印技术已成功应用于小型部件中。未来,研究人员还可以采用混合解决方案,将3D打印技术与传统制造工艺结合在一起,从而进一步提升制造品质。 注:本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信:2396747576; 硕博千人交流Q2群:838951316;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.大型零件增材制造整合设计,看GE增材高级设计工程师如何说 3.因零件整合,3D打印为一体化制造带来的60余项改变 4.更轻、更坚固、更紧凑,SLM Solutions为保时捷3D打印大尺寸电驱动器外壳
  • 顾冬冬教授团队:激光增材制造铝合金构件「材料-工艺-性能」一体化研究

    顾冬冬教授团队:激光增材制造铝合金构件「材料-工艺-性能」一体化研究

    铝合金常被用于航空航天承力部件,其高温力学性能对于飞行器的飞行安全至关重要。基于粉末床的激光增材制造铝合金已经在该领域实现了很多重要应用,因此,亟须建立LPBF成形铝合金组织与高温力学性能之间的映射关系,进一步探索合金组织-高温性能一体化调控机理,对提升其在航空航天等领域的服役安全性和稳定性至关重要。 围绕如何提升激光增材制造AlSi10Mg成形件的室温/高温力学性能,南京航空航天大学顾冬冬教授团队与成都飞机工业(集团)有限责任公司,研究了成形方向对LPBF成形AlSi10Mg合金冶金缺陷、显微组织、室温/高温力学性能、疲劳性能的影响规律,揭示了LPBF成形AlSi10Mg合金疲劳裂纹的扩展机理,为提升LPBF成形AlSi10Mg的综合服役性能提供理论指导。相关研究在《中国激光》学术期刊刊登,并以封面文章发表。 封面解读 封面呈现了激光粉末床熔融一体化成形铝合金复杂构件及铝合金标准疲劳试样的过程。激光粉末床熔融技术为高性能复杂铝合金构件的短周期、净成形制造提供了新的技术途径。 研究团队通过激光粉末床熔融技术制备AlSi10Mg构件,研究了基于成形方向调控的铝合金组织演变对室温/高温静力学性能影响,探究了激光增材制造AlSi10Mg构件的疲劳等动力学性能,实现了铝合金构件的材料—组织—性能一体化激光高性能制造。成形方向采用水平成形方式(拉伸、压缩、疲劳等载荷平行于试样铺粉方向)和垂直成形方式(载荷垂直于试样铺粉方向)[图1(b)]。LPBF成形AlSi10Mg疲劳试样如图1(c) 、(d)所示。图1(a)LPBF成形过程;(b)垂直、平行与铺粉方向的成形试样示意图;(c)LPBF成形AlSi10Mg柱状试样;(d)标准疲劳试样图2 不同方向成形试样高温拉伸性能柱状图。(a)100 ℃;(b)125 ℃;(c)150 ℃;(d)175 ℃图3 垂直方式成形试样疲劳性能。(a)光滑试样的疲劳S-N曲线(R = 0.1、Nf = 107);(b)疲劳裂纹扩展速率da/dN随应力强度因子范围∆K关系曲线  主要结论 1)垂直方式成形试样的截面显示了不同方向的熔池形态,熔池主要呈椭球形和半圆柱形,熔池宽度约为100μm水平方式成形试样截面的显微组织显示,沿成形方向的熔池呈典型的鱼鳞形态,熔池深度为30~80μm。不同方向成形柱状试样截面上的熔池边界较为清晰,但显微组织差异较大:垂直方式成形柱状试样的截面呈半圆柱形熔池形貌,而水平方式成形柱状试样的截面呈层状结构。这归因于LPBF工艺逐层累积、熔池逐层熔凝的特性。 2)垂直方式成形试样的压缩强度低于水平方式成形试样。在压缩过程中,垂直方式成形试样的裂纹扩展路径比较简单,而水平方式成形试样的裂纹扩展路径较为复杂,因而后者具有更高的压缩强度。温度和成形方向均会影响LPBF成形AlSi10Mg合金的拉伸性能:随着温度升高,所有试样的强度都呈现递减的趋势,而延伸率则逐渐升高;水平方式成形试样的强度均高于垂直方式成形试样。由于LPBF铝合金熔池边界的粗晶特征,熔池与层间结合成为影响材料拉伸性能的最主要因素。在拉伸试验过程中,拉伸载荷的方向与垂直试样层间位置垂直,熔池边界粗晶区的裂纹在应力影响下更易形核扩展;而水平方式成形试样的拉伸载荷平行于层间位置,粗晶区对裂纹扩展的影响较小,故水平方式成形试样具有更高的拉伸性能。 3)LPBF垂直方式成形AlSi10Mg合金试样的疲劳强度为151.25MPa;经历107次循环后,合金的疲劳强度有较大损失,强度下降原因是疲劳性能对孔洞等缺陷比较敏感。LPBF成形AlSi10Mg合金的疲劳寿命为2.1×105周次,疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth为0.981MPa·m1/2。 总结 研究采用激光粉末床熔融高精度增材制造技术,探究了不同成形方向对AlSi10Mg合金室温/高温静力学性能的影响,系统探究了激光增材制造AlSi10Mg构件疲劳性能,揭示了基于成形方向调控的铝合金组织演变对力学性能影响机制,优化了激光粉末床熔融成形AlSi10Mg疲劳性能,实现了铝合金材料—组织—性能一体化高性能制造,为激光增材制造铝合金在航空航天等领域的应用提供了科学基础和理论指导。 ✦ 课题组介绍 ✦ 南京航空航天大学江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室于2017年由江苏省发改委批准成立,由顾冬冬教授担任实验室主任。团队主要从事激光增材制造材料设计制备、装备研发、软件集成、智能工艺、性能调控及应用验证等方面研究。 团队近五年在工程、制造、材料、应用物理等领域国际期刊上发表SCI论文100余篇,JCR一区期刊论文70篇,9篇入选ESI高被引论文。由德国Springer出版英文专著1部,申请/授权国家发明专利40余项、PCT国际专利4项。主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、装备预研共用技术重点项目等国家及省部级项目30余项。 ✦ 通讯作者简介 ✦ 顾冬冬,南京航空航天大学教授、博士生导师,基础科研与人文社科处处长,《中国激光》副主编。国家“万人计划”科技创新领军人才,教育部“长江学者奖励计划”青年学者,国家“万人计划”青年拔尖人才,国家自然科学基金优秀青年科学基金入选者,德国Fraunhofer激光技术研究所洪堡学者。以第一作者/通讯作者在《Science》发表论文:“Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing”(Science 2021, 372, eabg1487)。以第一完成人获江苏省科学技术奖一等奖、教育部自然科学奖二等奖、空军“创新杯”科技创新大赛优胜奖、德国Fraunhofer–Bessel研究奖、英国物理学会高被引中国作者奖、爱思唯尔“中国高被引学者”。注:本文内容受《中国激光》授权。欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流Q群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 3.最新:体积3D打印再次登上《Science》封面 4.突破:NASA开发出一种新型超高性能3D打印合金,耐温1093℃
  • 3D打印研究成果下载:花费5年、1720万欧元,提交5500个样本,专注于缺陷和工艺分析

    3D打印研究成果下载:花费5年、1720万欧元,提交5500个样本,专注于缺陷和工艺分析

    由于金属3D打印过程的复杂性,航空航天部门对采用这种工艺制造的零件的安全性长期存在质疑。用户往往对3D打印零件的机械行为、使用性能及其后续的变化缺乏足够的理解,同时对3D打印过程中的缺陷产生、微观结构表征以及零件热处理等经验不足。 3D打印技术参考获悉,为消除航空航天领域3D打印技术的使用障碍,法国IRT Saint Exupéry研究所于2016年联合20家单位共同发起了一项名为ANDDURO的项目,旨在确定加工条件(机器、参数、热后处理等)与材料质量之间的联系,共同建立一个与金属增材制造相关的、综合多重因素的,且包括机械性能、微观结构和工艺参数之间关系的数据库。项目总预算1720万欧元——私营部门出资27%,公共部门出资73%,历时59个月完成。 这个庞大的参与团队包括粉末制造商、零件制造商、专门从事零件后处理的合作伙伴和工业最终用户以及学术单位,其中就包括空客、欧瑞康、赛峰、利勃海尔等这些大力投资增材制造的公司。通过对过程典型缺陷进行表征,研究缺陷对机械性能的影响,确定缺陷检测所需的控制手段和条件,评估材料在寿命条件下的稳定性,建立涵盖多个主题的知识库和确定的执行方法。 ANDDURO项目专注于研究航空工业中使用的3种主要合金:铝合金、钛合金和镍基高温合金,支持对粉末床熔融(包括电子束熔化和激光熔化)条件下的材料和工艺进行认证。 项目实施航空航天领域的参与人员多达15家,但各家的水平实际上参差不齐。为提高每个行业成员对技术的认知水平,项目对所有的制造步骤进行了确认和控制,以最大程度减少不确定性,并在项目进行中保持连贯。项目成员可以获得大量的资源,包括13 台工业3D打印机,用于膨胀和热处理的各种熔炉和烘箱,以及热等静压设备;其他必备的仪器还包括X射线显微断层扫描仪、金相制备装置、显微镜、热分析装置、硬度计以及机械试验机等等,分别对材料的显微组织及机械性能进行研究。  项目围绕缺陷的危害性和相关验收标准的确定等主题实施详尽而稳健的研究计划,或开发适合3D打印工艺所产生的微观结构的优化热处理工艺;实施长期等温老化测试(长达10000小时,近14个月),评估粉末床熔融3D打印制造的金属合金的微观结构和机械性能的稳定性;确定和探索金属增材制造的未来发展,如研究更多的材料或提高技术生产率。 项目成果由100多个不同平台制造的5500多个样本形成的数据最终实现结构化,与原材料、样本、最终部件及其机械特性相关的数据完全可追溯。3D打印技术参考发现,为了让更多的人都更好地了解粉末床金属增材制造的潜力和挑战——ANDDURO团队选择了46个可交付成果中的11个来共享给从业者。以下为主要的研究成果: 在表征方面 确定了金相制备方法,包括特定的化学和电化学腐蚀条件,揭示了粉末床熔融3D打印零件的微观结构。还对透射电镜试样的制备方法进行了研究,特别是铝合金; 确定了粉末床熔融3D打印零件的微观结构表征方法,如光学显微图像、扫描电子显微图像(SEM)、透射(TEM)或电子背散射衍射(EBD )等等; 确定了粉末表征方法; 确定了无损检测方法,包括X射线显微断层扫描,无论是在这些表征的能力和局限性方面,还是在生成数据的开发和调度方面。在机械测试之前、期间和之后在试样上使用这种方法,不仅可以更好地识别增材制造造成的结构损坏模式,还可以跟踪热处理后的缺陷比例和形态演变; 确定了使用膨胀计或差热分析的热分析方法。 在材料方面 确定了工艺参数、制造条件、工件几何形状对微观结构和宏观力学性能的影响; 对粉末床熔融3D打印的合金进行热机械处理。这项工作促进了创新的热处理和热机械处理(时间、温度、压力和冷却循环)的发展,可以直接在工业环境中使用; 识别和量化了在长期热老化过程中3D打印合金的微观结构和机械性能(应力和抗疲劳性)的演变; 建立了控制缺陷产生的方法(尺寸和位置)。这些受控缺陷对3D打印材料的机械性能会造成影响,研究成果给出了允许的临界缺陷尺寸和工业尺寸标准。 在流程方面 在电子束熔融和激光束熔融设备上完全控制与制造相关的数字链; 处理和管理不同类型和粒度的粉末,涉及与制造周期所有阶段(粉末制备、机器、清粉、回收、储存等)操作员安全相关的技术需求和要求; 为了更好地控制粉末床激光熔融制造的过程,设计了一个实验台,大大提高了此类制造设备的设计、现场控制以及完整操作方面的技能。 共17份文件,已上传QQ群(838951316),文件名:ANDDURO研究成果。 注:本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流QQ2群:838951316;网址: 延伸阅读: 1.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证 2.爆款集结!中国3D打印机大厂纵维立方春季发布多款新品 3.3D打印复杂结构热交换器并将其一分为二 4.电子元件细微复杂结构的精确制造,增材制造做到了
  • 铂力特金属3D打印技术助力2022北京冬奥会、冬残奥会火炬研制

    铂力特金属3D打印技术助力2022北京冬奥会、冬残奥会火炬研制

    2022年北京冬残奥会于3月13日顺利闭幕。铂力特曾协助中国航天科工集团三院三十一所,承担了水下传递火炬的研发和制作,为冬奥火炬燃烧系统的完美呈现贡献了一份力。 铂力特在保证火炬外形的基础上为整套水下火炬主体打印了两种构型,构型1的火炬为水陆两栖机器人使用的两栖火炬,构型2的火炬为水下变结构机器人使用的变结构火炬。水下火炬主体结构由内飘带、外飘带等5种分体构件组成,两种构型的火炬除外飘带结构不同外,其余结构均相同。 火炬外飘带零件高度807mm,为异形曲面薄壁结构,内部存在随形的减重空腔,空腔壁厚仅0.95mm,单件理论重量440g,使用比强度较高的AlSi10Mg材料,采用3D打印技术一体成形。铂力特在外飘带成形时采用高效成形方案,使用铂力特 BLT-S515四光设备,充分利用设备光路和打印幅面,仅用四天便将10套外飘带打印完成。 火炬内飘带零件高度414mm,为异形曲面薄壁结构,状如火焰。单件内飘带理论重量246g,最薄壁厚仅0.85mm,材料亦为比强度较高的AlSi10Mg。内飘带外侧带有火炬变曲面结构纹路,内侧存在连接结构,需与火焰燃烧装置连接。所有内飘带由铂力特BLT-S500 四光3D打印设备一体打印成形,耗时50个小时完成。 打印完成的内飘带成品内部及表面致密无缺陷,棱线完整,均匀一致无肉眼可见缺陷。产品外观螺旋棱线要求均匀一致无断层等错位情况。 在后处理阶段,铂力特多部门、工序协同作业,其科学的生产管理系统确保流转处理流畅。打印完成的火炬零件经过捞件、清粉、线切割等工序后送至物流部门发货。火炬零件流转至下一个地方完成最后的包装工序,最终用于冬奥会水下火炬传递。 欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流QQ2群:838951316;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.冬奥火炬能耐800℃:3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新 3.材料和结构影响性能——冬奥雪车头盔的3D打印技术应用 4.分析比较:3D打印与传统CNC、注塑和金属注射成型之间的工艺差异
  • 新突破:国内研发出超600MPa超高强3D打印铝合金

    新突破:国内研发出超600MPa超高强3D打印铝合金

    在航空航天等领域,利用金属3D打印技术实现快速研发测试验证进而缩短研发周期、成形复杂结构制造解锁设计潜力、多零件集成一体化制造提高性能等突出优势,已经取得一系列里程碑式进展。如近期大放异彩的,由我国民营火箭公司星河动力北京空间科技有限公司研制的:50吨级“苍穹”液氧/煤油发动机,就大量采用了金属3D打印技术制造的零件。 航空航天以其要求的高可靠性、高性能以及轻量化,对材料提出了极高的要求,目前航空航天金属3D打印主流应用的是:钛合金、高温合金和铝合金三大材料体系。在钛合金领域,TC4、TA15等材料得到批量应用;在高温合金领域,GH4169、GH3625等材料得到批量应用,并且如GH3536、GH5188、GH4099等新材料也进入测试应用阶段;反之,在铝合金领域,虽然有少数零件可用AlSi10Mg来打印应用,但应用所要求的高强度铝合金一直缺乏实际案例。可以说,业界也迫切需要轻量化的高强度铝合金能够发挥作用。 航空发动机的主要材料组成 近几年,国内国际不少企业均推出了高强铝3D打印材料,成分体系各有不同。如空客推出的Scamalloy,可实现抗拉强度520MPa的性能;HRL实验室推出了纳米强化的7075,据称极限抗拉强度超过600MPa;苏州倍丰推出了Al250C,可实现抗拉强度570MPa的性能;上海交通大学王浩伟教授研制出的高性能陶铝复合材料粉末,可实现最大抗拉强度超过540MPa;中车研究院推出了专用高强铝粉末材料,抗拉强度稳定超过560MPa;长沙新材料院推出了AlMgScZr,室温拉伸强度535MPa。此外,也还有部分其他粉末厂家也宣称能够提供高强铝粉末产品,并推向市场。可以看出,500MPa的高强铝粉末研制已经突破瓶颈,但对于更高性能的高强铝材料却鲜有报导。 近日,3D打印技术参考获悉国内领先的铝合金3D打印材料制造商--江西宝航新材料有限公司,已经成功研制了超高强度铝合金HS5601。这是一种适用于SLM工艺的超高强度铝合金粉末材料,其抗拉强度达到620Mpa,断裂延伸率8%。该材料同样为AlMg合金体系,相较于AlMgScZr而言,其具有更高的强度,有望应用于航空航天及国防军工领域对高性能材料的特别需要。下表是该材料与AlSi10Mg以及500MPa铝的性能对比: 第三方检测数据显示,打印态的零件抗拉强度通常在460-470MPa,经热处理后,强度稳定达到630MPa以上。 该性能结果得到了第三方检测机构的证实(左右滑动查看更多)据进一步了解,HS5601超高强度铝合金粉末有望能够帮助解决航空航天等尖端应用部门对轻质高强材料的特别需要。目前,宝航新材料已经能够批量该材料,并已于2022年2月份面向客户提供粉末样品,并可提供工艺参数方面的指导。而且,公司有计划研制更高强度如800MPa的铝合金3D打印材料! 在金属3D打印材料国产化的浪潮下,正不断有新的3D打印材料和优质供应商涌现,在此也希望国内的应用部门加强和3D打印设备、3D打印材料等企业的合作,共同助力我国制造业的转型升级! 注:本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流QQ群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.西南交大实现铝合金3D打印多缺陷主导裂纹扩展行为的成像表征 3.金属顶刊《Acta Mater》:增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效! 4.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型
  • 粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理及烧结面临的挑战

    粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理及烧结面临的挑战

    通过重新熔化粉末或丝材,使每台3D打印机基本上都成为了自己的铸造厂。然而,打印部件确定且且可重复的机械特性仍然是应用端面临的主要障碍。 此外,3D打印零件件的真空热处理也在发展。由于与传统生产的零件相比,增材制造的零件显示出截然不同的机械行为,因此与此过程相关的热处理也有所不同。由于大多数金属3D打印工艺都涉及高温熔化和快速冷却,因此零件通常具有极高的内应力。 为研究机械性能而打印的不同取向的拉伸试样 这些固有应力对零件来说可能是优点,也可能是缺点。当内部应力对最终产品有害时,真空应力消除似乎是对3D打印部件执行的最普遍和最重要的热处理工艺。普及度略低一些的其他真空热处理工艺包括真空退火和真空烧结。 随着增材制造技术的应用越来越广泛,制造商通常会与商业热处理商签订合同,为其执行关键的热处理,当然大型服务商也会采购专业的热处理设备进行内部处理。当前业内普遍应用的热处理炉包括真空炉和气氛炉。前者必须配备扩散泵以达到深真空水平,并且必须具有极其严格的温度均匀性;而后者不必配备扩散泵,真空度水平较低,通常需要氮气或氩气保护,但热处理过后的零件通常表面被氧化。 增材制造需要的关键热处理设备——真空炉 粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理面临的风险 3D打印的组件的通常是“近净形”的零件,真空炉的气氛条件必须满足要求。热处理完成的钛或镍基合金零件表面如果出现污染可能导致零件报废。因此,制造商通常会坚持只使用昂贵的全金属高温区真空炉来进行热处理。真空热处理企业必须重视这一要求,一定要明确这种要求所关联的风险。 粉末床熔融工艺仍然是当前应用范围最广的金属3D打印技术,这种基于粉末的层层制造工艺极易附着甚至将粉末沉积在内腔、盲孔和冷却通道中而难以去除。 如果不能采取完善的预防措施,无法使用的可能不仅仅是零件,更有可能会对昂贵的真空热处理炉造成损坏。由于打印零件中仍有松散粉末,在热处理过程中,从部件内腔掉出来的粉末使钼制高温区被严重损坏。补救措施只能是将加热片翻面使用,用氮气彻底吹扫整个部件,以及只在全金属高温区内处理没有空腔的实心SLM打印的部件。 掉出的钛粉粘结到钼制发热元件上 对于处理粘结剂喷射技术成型的零件,通常首先需要将零件在常压炉中进行脱脂,在该过程中大部分的粘结剂会被去除。但在随后的高温真空烧结过程中,剩余的粘结剂会释放和挥发出来,这些有害的粘结剂会附着在真空炉的低温区域,如水冷机或真空泵。因此,如果对粘结剂喷射技术3D打印的零件进行烧结,需要配备专门设计的真空炉,并且该炉型需要具有粘结剂回收装置。 真空泵被污染后的对比 热处理过程中的其他关键要素 3D打印工程师需要明白,只有当构建基板与成型材料的成分相匹配时,才能得到最好的结果。此外,打印部件的最大厚度也应与构建基板的厚度非常接近。匹配的构建基板成分和尺寸有助于在热处理过程中获得更稳定、无裂纹的3D打印部件。 由于打印断面和构建板厚度匹配不当在热处理过程中产生裂纹 此外,在热处理过程中,构建基板本身通常与打印部件的温度曲线难以相匹配,直接将热电偶放置在打印部件内部便非常重要。3D打印允许较高的设计自由度,因此热处理商往往要求在打印部件的最厚横截面内设置一个打印孔以便放置热电偶。如果不允许这么做,则应当在构建板上放一个与最大厚度相匹配的模拟块并预先钻好孔。 构建板本身通常不能反映出所打印部件的温度分布,因此绝不要在构建板上钻孔和接线 3D打印的复杂零件又是可能包含盲孔、空腔、暗槽或密封的冷却通道,在真空热处理过程中,任何压差都可能导致打印部件产生裂纹甚至爆裂。因此,所有3D打印出来的内部几何形状都必须有一个通畅的排气路径。 在对3D打印的零部件进行真空热处理前,都应当至少在1300℃左右进行适当的烘炉, 真空漏率应当小于每小时5微米汞柱。许多打印部件都有很大的应力,一定要在多个预设温度下保温,并且缓慢地加热和冷却。 除进行规定的热处理之外,构建基板还需要进行蠕变校平处理,校平时需要压上重物,蠕变压平可以使基板重复使用。 在关键位置压上重物对构建板进行蠕变校平 END 金属3D打印如今正在航空航天、医疗、汽车等行业发挥重要价值,对热处理的需求也在稳步增长,国内外目前相关的服务数量增长明显。 可重复性是金属3D打印技术追求的重要目标,不仅仅是能够降低生产成本,更能够提高技术的可靠性。事实证明,真空热处理对整个增材制造工艺的成功应用起着非常重要的作用,这个链条上所有参与者都必须接受。 欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.全面回顾金属增材制造零件的断裂与疲劳特性(二)——缺陷与后处理手段 2.Science重磅:一种非常规的3D打印策略,创建超级钛合金结构 3.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构 4.美奥本大学与EOS深入研究3D打印铝合金部件的结构完整性
  • 南科大研发新型3D打印高强韧铝合金,强度突破已知极限

    南科大研发新型3D打印高强韧铝合金,强度突破已知极限

    近日,南方科技大学机械与能源工程系逯文君助理教授团队、德国马普钢铁所Dierk Raabe教授团队和新加坡先进制造技术研究院Sharon Mui Ling Nai团队在Materials Today联合发表论文,报道了一种通过选择性激光熔化(SLM)和热处理技术制造出的具有前所未有的强度-韧性协同作用的无裂纹7000系铝合金材料。 研究发现,通过SLM+热处理工艺,使AlZnMgCuScZr铝合金的最高强度超过了647Mpa,这是SLM生产的铝合金的最高报告值,同时具有约11.6%的可观延展性。具有可调节分级微观结构的高强度的Al7000系列合金的成功制造为设计和微调SLM工艺生产高机械载荷作用下的铝合金部件铺平了道路。 SLM制备的铝合金在不同热处理工艺下的工程应力-应变曲线图与其他类型的铝合金性能对比图及,针对打印态与退火态的铝合金材料微观组织结构的电镜分析图 铝合金作为工业生产中不可或缺的轻质合金材料却有着较高的激光反射率、较差的铺展性及高的表面氧化性,从而导致了其在SLM制备过程中易产生开裂等问题。其中,时效硬化型高强铝合金如7000系铝合金尤为明显。因此,如何应用SLM高效制备该类铝合金成为了亟需攻克的技术难点。有研究表明,添加Si、Sc、Zr或ZrH2可打印无裂纹的7000系列铝合金。然而,与传统铸造合金相比,通过SLM制备的铝合金的综合力学性能仍然处于较低水平。除此之外,SLM打印参数及后续热处理工艺对铝合金的微观结构影响机理尚不清楚,极大地限制了此类铝合金工程应用范围。 为此,南方科技大学逯文君及其合作者提出了一种适用于SLM工艺的新型铝合金成分设计:AlZnMgCuScZr,利用热处理工艺对其结构进行调控,得到了能同时拥有晶粒多峰异质结构与双析出相结构的微观组织,并最终优化其综合力学性能。 (a)SLM工艺示意图,(b)不同STA条件下AlZnMgCuScZr合金的微观结构演变示意图 AlZnMgCuScZr在打印态、ST和STA条件下的拉伸性能 该材料具有结构化的微观结构,由多峰晶粒和复杂的分级相形态组成。它由初级Al3 (Scx ,Zr1-x ) 颗粒组成,作为超细晶粒的孕育剂,防止裂纹形成。亚稳态的富镁、锌和铜的二十面体准晶(I相)普遍分散在晶粒内部,并沿晶界排列为花丝骨架。对所有层级的理解打开了通过调整热处理参数来定制合金机械响应的途径。通过调整后续热处理参数,可促使准晶相溶解到基体中以及后续的时效析出强化型第二相(η')。同时在热处理过程中析出二次的Al3(Sc,Zr)纳米颗粒,形成η'和Al3(Sc,Zr)双析出相纳米结构。 采用该工艺手段生产出了一种微观结构变体,该变体使合金的屈服强度范围高达647 ± 6 MPa,这是已知的SLM生产的铝合金的最高值,同时具有可观的延展性11.6% ± 1.5%。可调分级微观结构设计策略可用于更广泛的SLM生产的 Al7000系列合金,对于轻量化应用具有重要潜力。 注:本文内容参考论文原文及材料科学与工程相关报道。
  • 一种特殊晶格结构的3D打印散热器,既提供刚度,又增加传热面积

    一种特殊晶格结构的3D打印散热器,既提供刚度,又增加传热面积

    3D打印技术参考导读:专门从事增材制造设计的创新产品开发机构Puntozero应米兰理工大学方程式车队DynamisPRC的邀请,为其高压牵引逆变器开发了一种轻巧且更高效的冷却系统,并采用成分接近纯铝的材料进行3D打印。这种具有特殊结构的散热器将传热表面积增加了300%,重量减轻了25%。 电动赛车侧重于高性能环境中的动力传动系统创新和燃油效率。每辆电动汽车的一个关键系统是驱动电动机的电力电子设备,作为功率转换单元的高压牵引逆变器,可以将电池中的直流电将转换成交流电,从而驱动电动车辆的马达。通常,逆变器的控制器元件需要保持在最佳工作温度范围内,然而牵引逆变器的传统液体冷却系统通常非常笨重,这使得它们不适合高性能赛车应用。 该项目的目标是设计一种比传统组件更轻、更紧凑的高效冷却板。设计团队专门利用增材制造技术和先进的工程软件开发了一种高性能热交换器。 解决方案概述 Puntozero和Dynamis的工程师将管道曲率附近的不均匀流动和原始CNC加工散热器的传热表面积不足确定为优化的主要机会。经过多次快速设计迭代后,最终的冷板散热器具有以下特点: 仿生导流器可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地增加液体和散热器之间的接触面积。 最大限度减轻重量的外部晶格结构确保了可制造性并通过对流促进冷却。 模块化的设计,使散热器能够更好的定位。 最终的冷板式换热器设计更轻且模块化 受鲨鱼鳞片结构的启发,Puntozero设计了一种具有定向层状几何结构的回转体,该结构与冷板管道相符合,可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地促进流动。 导流板基于使用先进的场驱动设计为扭曲的陀螺晶格。在nTopology中,所有几何体都定义为距离场,使用字段来驱动几何能够以此前不可能的方式定义复杂设计特征的空间变化。用户可以从点、曲面、实体,甚至模拟结果和实验数据创建场。在此示例中,Puntozero的工程师使用基本数学方程创建了一个二体场,用于描述管道通道的中平面和等值面。然后,沿着X和Y方向扭曲了一个陀螺晶格,以引导弯曲周围的流动。最后,加厚了结构并将其与外部电池结合在一起。 内部晶格基于使用场驱动设计技术扭曲的陀螺结构 最终,这种具有扭曲陀螺结构的导流板将传热表面增加了300%,极大促进了传热,并消除了沿曲线的湍流。 轻量化结构的多重优势  对于散热器的主体结构,Puntozero的工程师选择了厚度逐渐减小的金刚石TPMS晶格作为散热器的主体结构。 该团队在优化外部晶格设计的同时考虑了多种工程和制造要求。例如,晶格的厚度随着远离与功率电子器件的接触表面而逐渐减小。较厚的区域促进热传递,提高散热器的效率,并提供可在 3D 打印过程中轻松支撑的坚固表面。另一方面,较细的支柱使后处理过程中的粉末排出更容易,并通过与周围空气的对流促进散热。 外部晶格在接触表面附近逐渐变厚以促进热传递 最终,外部晶格在提供必要刚度的同时,显著降低了系统的总重量(25%)和生产成本,提高了元件的可制造性,并增加了与电力电子设备的接触表面积以促进热传递。 3D打印制造和CT扫描 散热器在EOS M290系统上采用一种成分接近纯铝的m4p PureAl制造,随后进行CNC加工。 在整个流程中都需要始终考虑设计、材料和工艺之间的相互影响。这些学科在增材制造中都不是孤立的。在这个项目中,设计人员确定了合适的打印方向,以确保打印顺利进行。 脱粉后(左)和加工过程中(右)制造部件 CT 扫描显示,这个复杂的零件是按照规范制造的,没有缺陷 在对车辆进行测试之前,该团队使用计算机断层扫描技术扫描了散热器,结果证实:散热器通道内没有粉末,内部晶格的制造没有任何缺陷故障,零件的内部孔隙率在可接受范围,整个零件的尺寸最大偏差保持小于200微米。 目前,Dynamis和Puntozero已经开始着手进一步完善下一季的设计。他们现在专注于微调内部晶格,以减少压降并最小化组件的整体尺寸,同时保持相同的传热效率,以进一步减少系统的重量和尺寸。nTopology先进的晶格生成功能和可重复使用的工作流程使团队能够在他们当前的研发工作的基础上更快地创建创新解决方案。 注:本文内容源文摘自:nTopology、普立得科技。欢迎转发 主编微信:2396747576;硕博千人交流群:867355738;网址: 延伸阅读: 1.无须高能热源,NASA实现铝和铜等多材料一体3D打印 2.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术 3.美国家增材创新中心:借助衍生式设计平台能创建出怎样的高级热交换器 4.麻省理工在线研讨会:3D打印热交换器的特点与应用