密歇根大學(xué)SmartScan軟件，減少金屬3D打印熱變形

南極熊導(dǎo)讀：變形翹曲是金屬3D打印（包括LPBF）用戶最關(guān)心的問(wèn)題之一�？紤]到金屬3D打印的許多應(yīng)用都集中在高端制造業(yè)，包括但不限于航空航天、汽車(chē)和生物醫(yī)學(xué)，許多人正在努力解決這個(gè)問(wèn)題，確保制造的零件可用。

2022年4月16日，南極熊獲悉，密歇根大學(xué)的研究人員公布了他們的最新科研成果。在機(jī)械工程副教授Chinedum Okwudire的帶領(lǐng)下，開(kāi)發(fā)了一種可將3D打印機(jī)激光器引導(dǎo)至最佳掃描順序以減少翹曲變形的軟件。

△密歇根大學(xué)開(kāi)發(fā)一款軟件，可以減少金屬3D打印產(chǎn)生的翹曲，詳細(xì)內(nèi)容可觀看視頻。視頻來(lái)自密歇根大學(xué)

激光粉末床融合3D打印通常用于制造過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的零件。它通過(guò)使用激光融合粉末金屬或塑料層來(lái)工作。然而，激光產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致3D打印的精密部件變形和其他缺陷。

Chinedum說(shuō)道：“對(duì)于非常薄的零件，這個(gè)問(wèn)題會(huì)變得更加嚴(yán)重。熱量無(wú)法有效傳播，所以你需要想辦法解決激光問(wèn)題，否則你的零件會(huì)以非常奇怪的方式變形�！�

SmartScan通過(guò)分析熱量如何在零件內(nèi)傳播，并映射優(yōu)化的掃描順序策略，控制特定區(qū)域的熱量積聚。它監(jiān)測(cè)零件的形狀以及材料的熱性能，例如傳導(dǎo)和對(duì)流熱傳遞。

許多人嘗試了不同的打印模式，以最大限度地減少熱量積聚，例如從一個(gè)區(qū)域跳到另一個(gè)區(qū)域或交換水平和垂直掃描方向。但根據(jù)Okwudire的說(shuō)法，SmartScan是第一個(gè)使用熱模型來(lái)引導(dǎo)激光更均勻地散發(fā)熱量的解決方案。

△3D金屬打印概念圖。圖片來(lái)源Shutterstock

SmartScan，使變形減少了47%
這款名為SmartScan的軟件，根據(jù)他們的數(shù)據(jù)反饋，顯示熱量分布提高了41%，變形減少了47%。此外，它還可能通過(guò)兩種方式加快生產(chǎn)過(guò)程：最大限度地減少打印機(jī)冷卻時(shí)間，以及減少打印后的缺陷處理。

該團(tuán)隊(duì)還使用激光在兩塊不銹鋼板上打印相同的圖案進(jìn)行測(cè)試，第一版他們使用SmartScan，第二版采用無(wú)軟件輔助。與其他技術(shù)相比，SmartScan打印件在打標(biāo)過(guò)程中的翹曲程度始終較低，并且熱量分布更加一致。

研究人員還認(rèn)為，通過(guò)更多的研究還會(huì)持續(xù)開(kāi)發(fā)新功能。他們計(jì)劃通過(guò)在熱建模中加入金屬或塑料粉末熔合來(lái)改進(jìn)軟件，并允許在打印過(guò)程中根據(jù)紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量值進(jìn)行主動(dòng)掃描策略更新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋！

Chinedum 說(shuō)：“當(dāng)您將科學(xué)融入其中時(shí)，你可以以一種更好的方式來(lái)完成它，并且甚至適用于最復(fù)雜的部分�！�

SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing (DOI: 10.1016/j.addma.2022.102643)

SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing (DOI: 10.1016/j.addma.2022.102643)