“金屬3D打印技術(shù)研究進(jìn)展及動(dòng)力學(xué)性能檢測(cè)在3D打印中的應(yīng)用”研討會(huì)成功舉辦

2022年3月14日下午2點(diǎn)，由南極熊與TESCAN聯(lián)合主辦的“金屬3D打印技術(shù)研究進(jìn)展及動(dòng)力學(xué)性能檢測(cè)在3D打印中的應(yīng)用”線上研討會(huì)成功舉辦。本次研討會(huì)邀請(qǐng)了華中科技大學(xué)張海鷗教授、北京工業(yè)大學(xué)張冬云教授、TESCAN micro CT中國(guó)區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理孟方禮做線上主題演講。

張海鷗教授報(bào)告的主題是“高端鍛件增等減材復(fù)合超短流程制造技術(shù)與裝備”。據(jù)張教授介紹，目前國(guó)家急需的大飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端裝備依賴(lài)進(jìn)口，必須自主研發(fā)大型復(fù)雜高端鍛件核心制造技術(shù)與裝備。而且，傳統(tǒng)的鍛造技術(shù)存在很多的局限性，比如流程與周期長(zhǎng)、大裝備小鍛件、性能質(zhì)量不均、產(chǎn)品適應(yīng)性差等。

在這些背景之下，張海鷗教授創(chuàng)立微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)體系及裝備，包含四大發(fā)明點(diǎn)：
✔ 熔凝維區(qū)增等減同步成形方法；
✔ 均勻等軸細(xì)晶強(qiáng)韌化技術(shù)；
✔ 難成形材料多能場(chǎng)復(fù)合成形技術(shù)；
✔ 微鑄鍛超短流程綠色制造裝備。

在裝備方面，實(shí)現(xiàn)了僅用傳統(tǒng)8萬(wàn)噸鍛機(jī)數(shù)萬(wàn)分之一壓力直接獲鍛造零件；制造時(shí)間減少1/2-2/3；可鍛鍛件面積增加3倍；材料利用率提高2.6倍；節(jié)能80~90%，碳排放降低90~93%。實(shí)現(xiàn)單設(shè)備超短流程制造大型復(fù)雜鍛件的原始創(chuàng)新。

目前，張海鷗教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)微鑄鍛復(fù)合超短流程制造技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金TC4-DT、高溫合金GH4169、超高強(qiáng)鋼A-100的各方面性能已經(jīng)全面超越鍛件。

來(lái)自北京工業(yè)大學(xué)的張冬云教授為我們帶來(lái)了題為“SLM制造的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)性能影響因素研究及進(jìn)展”的報(bào)告。

張冬云教授對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，目前的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)主要包含三種類(lèi)型：基于支柱的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、基于骨架的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、板狀三周期極小曲面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；上述三種點(diǎn)陣大多由三角形、菱形、六角菱形、菱形十二面體和十四面體等基礎(chǔ)單元構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。

之后對(duì)多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，多孔結(jié)構(gòu)具有高比強(qiáng)度、高比剛度、輕量化、吸能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，可以用于航空、航天、汽車(chē)、醫(yī)療等領(lǐng)域，對(duì)于多孔結(jié)構(gòu)的研究主要集中在力學(xué)性能、變形失效等方面。
目前，張冬云教授課題組主要研究了三種多孔結(jié)構(gòu)，包括菱形十二面體結(jié)構(gòu)、體心結(jié)構(gòu)和拓?fù)鋬?yōu)化多孔結(jié)構(gòu)。使用Ti6Al4V材料3D打印了不同胞元尺寸（4mm、6mm和8mm），不同孔隙率（85%、90%和95%）的樣品，并進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，在相同胞元尺寸條件下，力學(xué)性能隨孔隙率的上升而下降。在壓縮過(guò)程中，多孔點(diǎn)陣機(jī)構(gòu)的能量吸收由其抗壓強(qiáng)度、平臺(tái)應(yīng)力及致密化應(yīng)變共同決定。此外，張冬云教授還對(duì)菱形十二面體（Ti6Al4V）均勻結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)以及連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

對(duì)TC4材料打印的體心點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮性能測(cè)試，結(jié)果顯示同胞元尺寸點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度、壓縮模量以及平臺(tái)階段強(qiáng)度隨相對(duì)密度增加而增加。平臺(tái)階段起伏程度隨著壓縮應(yīng)變的增大逐漸減小。AlSi10Mg材料打印的體心點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果相近，但在平臺(tái)階段起伏程度大且劇烈。

最后，張冬云教授對(duì)課題組自己設(shè)計(jì)的一種3D打印拓?fù)鋬?yōu)化多孔結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。并在報(bào)告中介紹了大量點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路、測(cè)試數(shù)據(jù)及研究結(jié)論。并表示有些檢測(cè)行為通過(guò)模擬軟件無(wú)法精確呈現(xiàn)。如通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯微CT做原位觀察，特別是對(duì)缺陷觀察，以及缺陷對(duì)性能的影響相關(guān)研究非常重要！

研討會(huì)第三位報(bào)告人是來(lái)自TESCAN micro CT中國(guó)區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理孟方禮，孟經(jīng)理介紹了TESCAN公司的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)斷層掃描技術(shù)，并將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)4D掃描與延時(shí)4D掃描進(jìn)行了對(duì)比。

為觀眾展示了3D打印零部件原位壓縮實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。并在1mm/min，最大載荷1,000N的條件下，使用人體椎體和3D打印椎間融合器來(lái)展示了實(shí)際的壓縮案例。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CT旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為43秒，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)有應(yīng)力弛豫現(xiàn)象。

孟經(jīng)理表示，TESCAN的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CT還可以用于泡沫金屬的壓縮檢測(cè)，并列舉了實(shí)際的案例，樣品尺寸為20mm×22mm，總壓縮位移為7mm。展示了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CT掃描在科研工作中的顯著優(yōu)勢(shì)。

目前TESCAN檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)在國(guó)內(nèi)頂尖高科技企業(yè)及高校，可以有效助力相關(guān)尖端科研工作。

以上是本次研討會(huì)的部分精彩內(nèi)容，想關(guān)注更多3D打印研究進(jìn)展，請(qǐng)關(guān)注南極熊后續(xù)活動(dòng)。