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寻找增材制造的那根“肋骨”—DfAM与工艺仿真之路
增材制造(AM)即3D打印技术,自问世以来已经不断发展蜕变出数十种制造方式,实现了多尺度自由且丰富的“材料之美”。无论从碳纤维、陶瓷、金属及贵金属和仿生3D打印及形状记忆(4D打印)的发展,增材制造作为一种颠覆性新技术,已经广泛应用在航空航天、医学、模具、艺术设计和创新教育等领域,成为推动创新的重要推手,为工业发展带来变革。
以航空发动机、燃气轮机关键零部件之一的空心涡轮叶片为例,其运转过程一直处于高温、高压等极端工作环境中。从传统的熔模精铸工艺,流程复杂且配套设备依赖性强,合格率和生产效率受限,到增材制造技术的加入,无论是光固化技术快速制备精铸用陶瓷型芯,或是选区激光熔化技术(SLM)直接打印合金叶片,使用传统铸造难以实现的双层壁、扰流柱和高精度气膜孔等特殊复杂结构,在材料逐点熔化逐层生长的3D打印技术面前变得自然且高效。增材制造带来的不仅是成本降低,更是设计-制造周期的有效缩短和设计自由度的不断拓宽。
目前由于增材行业标准不完善、系统性应用研究待深入,无论对于生产或者研发,在零件制造生产中的精度调控和打印过程材料物性变化、形态演化、组织转化的深入研究过程中均存在着挑战。而面向增材制造的设计一体化(DfAM)流程正是从工业需求出发,使用DfAM基于增材思维的正向设计,从设计端充分发挥增材制造的优势并顾及增材制造对于材料/尺寸/工艺的限制,考虑特征尺寸约束,进行控形控性设计;进行多尺度仿真,实现设计的快速验证迭代。
仿真帮助增材制造控性控形
使增材制造设计一体化更加完整
结语
—作者—张圆激光增材制造方向工学硕士,安世亚太DfAM赋能业务部增材工艺仿真工程师,擅长金属增材工艺仿真及航空航天类零件增材工艺研发。
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