鋪粉式3D打印
關(guān)注創(chuàng)建者：Hubert.Wang 創(chuàng)建時間：2020-02-18
鋪粉式3D打印的實例教程
而針對該過程建立相應(yīng)的模型，采用有限單元法或離散單元法對鋪粉過程進行相應(yīng)的仿真，并結(jié)合一定的實驗進行驗證可以從微觀尺度更好的理解這一過程，對鋪粉裝置和鋪粉工藝進行更好的優(yōu)化。
SLM打印機鋪粉過程中
鋪粉裝置的受力及變形分析
圖2為鋪粉裝置鋪粉過程的示意圖，本文假設(shè)金屬粉末為連續(xù)流體，鋪粉裝置中刮刀的受力面受到粉末流體的流體靜壓強(hydrostatic pressure)和鋪粉過程中粉末對刮刀鋪粉的阻力兩個力的作用；
圖2鋪粉裝置鋪粉過程示意圖
SLM選區(qū)激光熔化金屬3D打印機在工作時鋪粉裝置循環(huán)往復(fù)在水平方向運動進行鋪粉，圖3分析了刮刀在不同的鋪粉速率、鋪粉層厚和不同粉末密度的情況下的受力及變形情況，該計算結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)變化趨勢可以為鋪粉裝置的選材，鋪粉工藝的改進提供參考依據(jù)。
圖3不同鋪粉速率、鋪粉層厚及粉末密度下鋪粉裝置的最大受力及變形情況
圖4 對比了兩種不同形狀刮刀鋪粉過程中的受力及變形情況，可以看出1#刮刀與2#刮刀相比，刮刀的剛度好，鋪粉過程變形小，該過程的仿真分析為刮刀的優(yōu)化設(shè)計方向提供參考。
圖4 兩種不同形狀刮刀鋪粉過程中的受力及變形情況對比（左圖為1#刮刀，右圖為2#刮刀）
鋪粉裝置（刮刀）與變形凸起
的打印件發(fā)生碰磨時的力學(xué)分析
SLM選區(qū)激光熔化金屬3D打印的工藝是快速加熱熔化粉末并快速冷卻凝固的過程，打印件的制備過程中由于各部位不均勻受熱以及熱循環(huán)和相轉(zhuǎn)變過程中的膨脹和收縮會產(chǎn)生一定變形，打印件高度方向的變形量超過鋪粉層厚會在下一層鋪粉時與刮刀產(chǎn)生碰磨，以致?lián)p壞工件造成工件報廢，或損壞刮刀對后續(xù)的鋪粉產(chǎn)生影響。
展開 該團隊目前開發(fā)的商業(yè)化最大尺寸打印機是四激光四振鏡的Dimetal-650，成型尺寸為620*620*1100mm，將亮相TCT 3D打印展。
多材料鋪粉式金屬3D打印機
華南理工楊永強教授團隊開發(fā)了基于SLM技術(shù)的多材料鋪粉式金屬3D打印機，采用上送粉方式，可在成型過程中，不間斷打印的情況下添加粉末，可實現(xiàn)1-4種材料梯度成型、選區(qū)成型，支持單一材料及多種材料轉(zhuǎn)換。通過控制系統(tǒng)，還可以實時監(jiān)控不同粉末用量數(shù)據(jù)。
成分梯度合金在航空航天和核領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，部件不同位置可能會根據(jù)工作條件的不同選擇不同的材料。這些不同的工作條件可能需要某個特定的主要功能，例如一個位置需要抗腐蝕和另一個位置需要抗蠕變，這就需要連接兩種或多種不同的合金。同時，成分梯度材料在一些應(yīng)用中可以顯著降低成本，中航工業(yè)沈陽飛機設(shè)計研究所采用增材制造實現(xiàn)了300M與A-100鋼梯度復(fù)合設(shè)計成型，使飛機起落架的制造成本降低了45%。
使用激光粉末床熔化和直接能量沉積為成分梯度合金制造提供了一種有吸引力的途徑，它們的分層送粉機制可以在多個空間維度引入化學(xué)成分的梯度。
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鋪粉式3D打印的最新內(nèi)容
FLOW-3D AM 軟件基于離散元方法（DEM）和計算流體動力學(xué)（CFD）為各種增材制造過程提供建模平臺，包括激光粉末床熔融（LPBF）、定向能量沉積（DED）、黏結(jié)劑噴射（BJ）以及金屬熔融沉積建模（FDM）等。
FLOW-3D AM 的自由液面跟蹤算法和多物理場建模功能可高精度模擬鋪粉、熔池動力學(xué)、孔隙形成、滲透和擴散，分析和優(yōu)化工藝參數(shù)。
█展品范圍：
1、陶瓷器件及材料：MLCC、LTCC、HTCC、微波介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、鈦酸鋇、碳酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、玻璃粉、氮化鋁、LTCC介質(zhì)陶瓷粉體、稀土氧化物、生瓷帶等；
2、精密陶瓷：氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化釔、結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷軸承、陶瓷球、半導(dǎo)體陶瓷（搬運臂、陶瓷劈刀、靜電卡盤、蝕刻環(huán)……）、3D打印陶瓷、燃料電池
、透光皮革、3D玻璃、IML、IMD、PC、PMMA等；
車載顯示屏材料及設(shè)備：基板玻璃、液晶材料、偏光片、彩色濾光片、光學(xué)薄膜、驅(qū)動 IC、靶材、沉積設(shè)備、曝光設(shè)備、顯影設(shè)備、蝕刻設(shè)備、清洗設(shè)備、貼偏光板設(shè)備、檢測設(shè)備、PI 涂覆 / 固化設(shè)備、定向摩擦設(shè)備、灌注液晶 / 封口設(shè)備、噴墨打印設(shè)備等；
車載觸摸屏材料及設(shè)備：絲印耗材、高功能性薄膜、真空鍍膜材料、蝕刻劑 / 光阻劑
增材制造工藝仿真方案
Simufact Additive 增材制造仿真軟件主要功能包括鋪粉增材制造工藝仿真、鋪粉增材制造工藝缺陷分析仿真、金屬粘結(jié)劑噴射成型工藝仿真、機加仿真分析，算法上涵蓋了固有應(yīng)變、熱學(xué)分析、熱力耦合分析，包含制造過程和校核功能分析，針對鋪粉增材制造工藝，軟件可實現(xiàn)增材過程分析、熱處理、熱等靜壓、線割、支撐移除等工藝過程全流程仿真分析。
FLOW-3D AM 軟件基于離散元方法（DEM）和計算流體動力學(xué)（CFD）為各種增材制造過程提供建模平臺，包括粉末床熔融、定向能量沉積、黏結(jié)劑噴射以及材料擠出等。
FLOW-3D AM 的自由液面跟蹤算法和多物理場建模功能可高精度模擬鋪粉、熔池動力學(xué)、孔隙形成、滲透和擴散，分析和優(yōu)化工藝參數(shù)。
圖片集錦
Simufact Additive
鋪粉增材高級掃描補償應(yīng)用案例
如下圖所示的某薄壁結(jié)構(gòu)案例展示了采用傳統(tǒng)方式打印和采用高級掃描補償后打印后，最終模型變形情況的對比，實際測量數(shù)據(jù)證實了高級掃描補償新功能的有效性。
某薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例
Aerospike發(fā)動機——世界上最復(fù)雜的零件之一，用Titan.Core僅計算了8’11’’就完成了打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，RAM僅占用了4GB
亮點.3
MSC Apex Generative Design DfAM
HEXAGON
MSC Apex Generative Design DfAM創(chuàng)成式設(shè)計解決方案：
MSC Apex GD創(chuàng)成式設(shè)計是基于直觀的CAE環(huán)境MSC
目前有數(shù)家設(shè)備商已完成.clix格式的解析，這樣不僅搭建了軟件與打印設(shè)備之間的橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的一站式解決，也極大增加了用戶搭建打印平臺的自由度。
，得以而知，殼模厚薄比增厚于鑄件縮孔缺陷位置的關(guān)系，輔助3D打印陶殼模鑄造產(chǎn)業(yè)用的工藝缺陷預(yù)測及鑄造參數(shù)和鑄造方案設(shè)計，提供發(fā)展3D打印陶殼模鑄模的研究及技術(shù)開發(fā)的理論基礎(chǔ)。
圖 3：Simufact Additive 仿真結(jié)果（左）打印件掃描結(jié)果（右）
對于復(fù)雜的自由曲面，采用光學(xué)3D掃描，例如：測量設(shè)備以及計算機斷層掃描（CT）可以精確的測量打印件的幾何。在本次研究中，CT 圖像結(jié)果被用于評估仿真工具的可靠性，例如變形情況預(yù)測和變形補償。
