比利時魯汶大學(xué)用3DXpert軟件使金屬增材制造研究步入新臺階

導(dǎo)讀：世界領(lǐng)先的增材制造學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)與3D Systems攜手合作支持增材制造軟件和3D打印技術(shù)的研究和教育。

難題
搭建引領(lǐng)金屬增材制造研究和教育的設(shè)施
解決方案
3D Systems 3DXpert™一站式AM集成軟件和ProX®DMP 320金屬3D打印機(jī)
結(jié)果
•高精準(zhǔn)的3D打印
•能夠完全控制增材制造流程（包括激光參數(shù)和打印策略），不斷探索新技術(shù)，解決出現(xiàn)的問題
•采用一站式靈活軟件方案，為從CAD到后處理的各種增材制造研究需求提供支持

比利時魯汶天主教大學(xué)（以下簡稱為KU Leuven 魯汶大學(xué)）在增材制造研究方面擁有近30年的經(jīng)驗，對增材制造的貢獻(xiàn)排名全球第三，同時也是全球領(lǐng)先的增材制造學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之一。

魯汶大學(xué)增材制造研究小組由魯汶大學(xué)機(jī)械制造系教授 Ir. Ing. Brecht Van Hooreweder領(lǐng)導(dǎo)，他正在開展與激光增材制造相關(guān)的不同領(lǐng)域的研究活動，包括：
•擴(kuò)充增材制造材料庫，包括陶瓷、鋁和生物材料；
•通過分析微觀結(jié)構(gòu)、紋路、孔隙度和熱應(yīng)力，研究與靜態(tài)和動態(tài)機(jī)械特性相關(guān)的工藝條件；
•優(yōu)化軟硬件的機(jī)械設(shè)計和工藝；
•增強(qiáng)對X光CT、進(jìn)程監(jiān)控和后處理的質(zhì)量控制。

為進(jìn)一步支持研究活動的開展，增材制造研究小組專門建立了一間實(shí)驗室，配備了增材制造硬件（包括3D打印機(jī)、后處理設(shè)備、壽命測試設(shè)備、測量設(shè)備、粉末生產(chǎn)設(shè)備）和軟件解決方案，這些軟硬件有些由供應(yīng)商提供，有些則是其自行研發(fā)出來的。

開發(fā)下一代增材制造技術(shù)
魯汶大學(xué)已與3D Systems密切合作了多年。魯汶大學(xué)增材制造研究小組利用3DXpert教育版和ProX DMP 320金屬打印機(jī)針對增材制造的打印準(zhǔn)備、優(yōu)化、制造和控制開展大量研究項目。此外，魯汶大學(xué)和3D Systems也在精密金屬增材制造（PAM2）歐洲項目方面開展合作。來自魯汶大學(xué)的博士研究人員在3D Systems魯汶技術(shù)中心完成訓(xùn)練和實(shí)習(xí)。

魯汶大學(xué)的研究人員高度重視與3D Systems合作過程中積累的行業(yè)經(jīng)驗，也高度重視3DXpert在整個制造流程中提供的幫助，幫助他們增強(qiáng)和優(yōu)化增材制造流程。
“我最為欣賞的是3DXpert能夠靈活整合所有增材制造流程，包括從設(shè)計到制造的所有流程，”Ing. Jitka Metelkova說道，他是PAM2項目的初級研究院、增材制造工程師和瑪麗居里博士后�！耙�用到CAD工具進(jìn)行設(shè)計工作時，設(shè)置掃描策略和激光參數(shù)時，或考慮氣體流動時，我們會把所有需求整合到同一個軟件平臺中，這樣就沒必要使用其它軟件解決方案了�！�

“在研究中我們大多數(shù)時候都使用鋼合金和鈦合金，ProX DMP 320低氧含量有助于提供可重復(fù)的高質(zhì)量零部件，” PAM2項目協(xié)調(diào)員Ir. Ann Witvrouw博士說道。
“將3DXpert軟件和ProX DMP 320打印機(jī)結(jié)合起來使用，能夠很好地達(dá)到我們的研發(fā)目標(biāo)，那就是為整個金屬增材制造流程尋找一個綜合解決方案。在此之前，我們必須使用獨(dú)立的軟件和硬件產(chǎn)品，造成工作流程大大復(fù)雜化，甚至有些重要的流程根本無法實(shí)現(xiàn)，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授說道�！拔覀儗�3DXpert軟件和ProX DMP 320打印機(jī)的表現(xiàn)很滿意，也很高興能夠與3D Systems開展合作研究工作�！�

“ 將3DXpert軟件和ProX DMP 320打印機(jī)結(jié)合起來使用，能夠很好地達(dá)到我們的研發(fā)目標(biāo)，那就是為整個金屬增材制造流程尋找一個綜合解決方案�！�

—Ir. Ing. Van Hooreweder教授

優(yōu)化新材料的流程參數(shù)
根據(jù)PAM2項目框架，魯汶大學(xué)使用ProX DMP 320打印機(jī)處理了兩種不同的馬氏體時效鋼粉末（等級300）。他們使用3DXpert軟件開展參數(shù)研究，為兩類粉末開發(fā)出最佳參數(shù)集，以便同時確保較高的密度和較低的表面粗糙度。

混合增減材制造測試
魯汶大學(xué)正在對一種新的3D打印混合方法進(jìn)行測試，該方法將連續(xù)波激光與脈沖波激光結(jié)合，以便有選擇性地去除零部件頂面的材料�！�3DXpert使得我們能夠生成復(fù)雜的掃描策略，例如多面掃描，這是非常有幫助的，使得我們能夠完成先前無法完成的任務(wù)或者必須手工完成的任務(wù)，”Jitka Metelkova說道。

定制支架設(shè)計
為研究增材制造得出的Ti6Al4V 支架的復(fù)雜載荷條件，來自魯汶大學(xué)的研究人員使用3DXpert軟件設(shè)計了一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的新型樣品幾何體。魯汶大學(xué)研究人員成功使用全新的支架幾何體，孔隙梯度介于實(shí)體末端和支架中間部分，以便進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試、拉-拉測試、拉-壓測試和壓-壓疲勞測試。研究結(jié)果發(fā)表在Nature出版集團(tuán)旗下刊物《科學(xué)報告》（Scientific Reports ），文章名為“增材制造得出的Ti6Al4V 支架在拉-拉、拉-壓和壓壓疲勞載荷條件下的疲勞壽命”。

“我們很高興現(xiàn)在能夠快速靈活地生產(chǎn)出所需的定制支架，正如本例中的疲勞樣品所示，顯示了很好的孔隙梯度。它幫助我們加快研究，得出想要的結(jié)構(gòu)，很好地反映了我們已獲得的知識，”Jitka Metelkova說道。

未來增材制造工程師培養(yǎng)
魯汶大學(xué)機(jī)械工程系設(shè)有一門增材制造課程，講述了各種增材制造方法對應(yīng)的主要原理，并概述了增材制造行業(yè)的最新研究成果和當(dāng)前遇到的研究挑戰(zhàn)。
為確保未來的工程師能夠適應(yīng)增材制造研究和制造環(huán)境，增材制造課程框架中也囊括了3DXpert各種掃描策略生成的圖片和錄像。
此外，3D Systems魯汶技術(shù)中心還在不斷培訓(xùn)年輕的研究員，他們可以在工作室、研討會和開放日使用大學(xué)的教學(xué)設(shè)施。

塑造增材制造行業(yè)的未來
魯汶大學(xué)從一開始就積極參與增材制造研究，也對增材制造技術(shù)的未來充滿信心。按照計劃，他們將投資解決增材制造技術(shù)的現(xiàn)有障礙。
“未來幾年我們的目標(biāo)包括準(zhǔn)確預(yù)測增材制造得到的金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，研究實(shí)體區(qū)域和多孔介質(zhì)區(qū)域混合的情況，并確保零部件質(zhì)量好，可重復(fù)性高，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授說道�！拔覀兇蛩憷^續(xù)與3D Systems公司合作，過去經(jīng)驗證明我們的合作很成功，富有成效�！�