金屬3D打印用ansys的案例
【材料課堂】3D打印用球形金屬粉末制備工藝
本文對3D打印用金屬粉末的主要制備工藝的基本原理進(jìn)行了闡述, 并分析了其優(yōu)缺點(diǎn), 目的是進(jìn)一步提高3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)水平, 促進(jìn)3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
球形金屬粉末是金屬3D打印的核心材料, 是3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的環(huán)節(jié), 與3D打印技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。在“2013世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”中, 權(quán)威專家對3D打印金屬粉末的性能要求給出了清晰的定義, 即尺寸小于1 mm的金屬粉末, 此外, 還要求金屬滿足純度高、球形度好、粒徑分布窄、含氧量低、流動(dòng)性好等要求。2014年6月頒布的ASTM F3049-14標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3D打印金屬粉性能的范圍和表征方法。目前, 3D打印用金屬粉末材料主要集中在鐵、鈦、鈷、銅、鎳等金屬及其合金方面。
隨著金屬3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展, 球形金屬粉末的市場將保持高增長態(tài)勢。2016年3D打印金屬粉的市場規(guī)模約為2.5億美元, 據(jù)IDTechEx表示, 到2025年, 3D打印金屬粉末的市場規(guī)模將達(dá)到50億美元。但目前3D打印用球形金屬粉主要由國外廠家壟斷, 國內(nèi)生產(chǎn)的球形粉末存在性能不穩(wěn)定、成本高、收得率低等問題。因此, 研究3D打印金屬粉末的制備尤為重要, 本文對3D打印用金屬粉末的主要制備工藝的基本原理進(jìn)行了闡述, 并分析了其優(yōu)缺點(diǎn), 目的是進(jìn)一步提高3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)水平, 促進(jìn)3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
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3D打印用金屬粉末制備工藝現(xiàn)狀
目前針對3D打印用金屬粉末的制備方法主要有霧化法、旋轉(zhuǎn)電極法、球化法等。
展開 液態(tài)金屬噴射3D打印原位監(jiān)測工具，用以保證零件成型質(zhì)量
2021年11月3日，南極熊獲悉，勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的工程師們已經(jīng)開發(fā)出了一種優(yōu)化的液態(tài)金屬噴射（LMJ）生產(chǎn)零部件的新3D打印方法，他們可以實(shí)現(xiàn)對液滴噴射時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
LLNL團(tuán)隊(duì)沒有采用慣用的基于高速攝像的高成本方法，而是設(shè)計(jì)了一種將近場檢測與模擬相結(jié)合的方法，在分析噴射材料時(shí)只關(guān)注一個(gè)參數(shù)。研究人員說，利用他們的方法，有可能在調(diào)整打印機(jī)的設(shè)置來校正零件質(zhì)量之前，實(shí)時(shí)確定噴嘴問題的原因。
該研究的主要作者Tammy Chang說："我們的結(jié)果表明，用毫米波檢測方法可以對LMJ進(jìn)行原位監(jiān)測。這令人振奮，因?yàn)樗馕吨覀兛梢匀〈鞍嘿F的高速、高分辨率的光學(xué)分辨儀器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性能評估和反饋控制，以確保高質(zhì)量的金屬打印零件。"
實(shí)時(shí)分辨LMJ問題
液態(tài)金屬噴射是一種新的3D打印方法，它是通過微小的金屬液滴從一個(gè)噴嘴高速發(fā)射，由點(diǎn)形成線，由線形成層面，進(jìn)而可以建立成均勻的零件，方法類似于噴墨打印機(jī)。然而，與基于激光的系統(tǒng)相比，LMJ機(jī)器不需要使用危險(xiǎn)的金屬粉末，因此它們有可能提供一種更安全的手段來達(dá)到相同的目的。
隨著噴射技術(shù)不斷被開發(fā)出新的應(yīng)用，其性能也受到了更多的正視。事實(shí)證明，在某些應(yīng)用中，確定最佳參數(shù)集是很困難的。這主要是由于噴射材料會(huì)受到多種因素的影響，從液滴大小和噴射時(shí)間，到速度、流速和溫度等。
雖然高速攝像經(jīng)常被用來分析LMJ的運(yùn)行情況，但這種方法只能真正用于幾秒鐘，因?yàn)橛捎谔幚淼南拗疲罅康臄?shù)據(jù)需要幾天的時(shí)間來篩選。為了使實(shí)時(shí)分析更加合理，LLNL團(tuán)隊(duì)因此開發(fā)了一種可擴(kuò)展的方法，它更多地依賴于模擬，而不是捕獲數(shù)千兆字節(jié)的信息。
△LLNL團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)性材料噴射監(jiān)測裝置。
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科技前線 | 用3D打印金屬零件？一定避免這3種錯(cuò)誤
借助增材制造，您可以用金屬粉末制造大型、復(fù)雜的自由形狀零件。但是請不要跳過仿真步驟，否則零件的成本和時(shí)間可能會(huì)比您計(jì)劃的要多。
原因之一是物理上的收縮現(xiàn)象。隨著粉末冷卻，收縮會(huì)嚴(yán)重破壞打印對象，具體取決于實(shí)際幾何形狀及其連續(xù)介質(zhì)力學(xué)特性。
在本文中，我們討論了由于收縮導(dǎo)致的金屬3D打印中三種常見的不良結(jié)果，這些錯(cuò)誤都可以通過在開始物理制造之前運(yùn)行仿真輕松地避免。
崩潰的印刷機(jī)
在金屬3D打印中，打印層的高度通常在20至200μm之間。因此，一層的變形通常不會(huì)影響下一層的重涂。
但是，零件的幾何結(jié)構(gòu)由數(shù)千個(gè)層組成，微小的變形可能會(huì)疊加。實(shí)際上，這些微小變形加在一起的大小可能會(huì)大于單個(gè)圖層的大小。如果由于某個(gè)區(qū)域固定不牢固或缺少固定而在構(gòu)建方向上發(fā)生這種變形，那么就會(huì)在嘗試涂覆下一個(gè)粉末層時(shí)，涂敷器就會(huì)撞入零件。
如果發(fā)生這種情況，您必須重新固定該區(qū)域，以重新開始工作，不僅浪費(fèi)時(shí)間還會(huì)浪費(fèi)材料。
圖片：下層變形導(dǎo)致涂敷器變形
裂縫
大型或巨型零件可能會(huì)在構(gòu)建板上、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)以及零件本身中出現(xiàn)裂縫。
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“簽約”中國最大鈦粉生產(chǎn)企業(yè)，世界最大金屬3D打印機(jī)用上“中國粉”
今年5月，澳大利亞增材制造公司Titomic推出世界最大金屬3D打印機(jī)，新的3D打印工藝Titomic Kinetic Fusion采用傳統(tǒng)的冷噴涂技術(shù)，構(gòu)建體積達(dá)9米長×3米寬×1.5米高。近日，Titomic與中國最大的鈦粉制造商和出口商陜西鳳翔鈦粉鈦材有限公司簽署了諒解備忘錄（MoU），加速推進(jìn)Titomic Kinetic Fusion（TKF）這項(xiàng)工藝。
根據(jù)備忘錄內(nèi)容，陜西鳳翔鈦粉鈦材有限公司將為Titomic供應(yīng)低成本的商業(yè)純鈦粉，此次合作還有望針對Titomic Kinetic Fusion（TKF）工藝合作開發(fā)新的鈦粉。
Titomic Kinetic Fusion工藝由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）和Force Industries共同開發(fā)，采用冷噴涂技術(shù)，可用于3D打印鈦合金部件。這項(xiàng)工藝工藝的多功能性旨在擴(kuò)大Titomic在建筑，船用汽車和石油和天然氣等行業(yè)的生產(chǎn)機(jī)會(huì)。
今年早些時(shí)候，Titomic與TAUV簽署了一份價(jià)值180萬美元的諒解備忘錄，TAUV將增材制造應(yīng)用于國防，執(zhí)法和民用工業(yè)等智能裝甲應(yīng)用。該合作將使雙方能夠使用3D打印技術(shù)制造無人武裝車輛（UAV），士兵系統(tǒng)和士兵傳感器。
陜西鳳翔鈦粉鈦材有限公司是中國最大的鈦粉生產(chǎn)企業(yè)，創(chuàng)建當(dāng)年即填補(bǔ)了我國高純鈦粉出口的空白，鈦粉產(chǎn)銷量占全國總量的74.6%以上，總產(chǎn)量的30%至40%主要用于出口。由鳳鈦公司旋轉(zhuǎn)電極法生產(chǎn)的球形鈦粉更是3D打印所需原料，屬全世界科技前沿新產(chǎn)品，高純鈦粉產(chǎn)品質(zhì)量全球一流，2016年就從質(zhì)量和產(chǎn)量上超越國際公司，占領(lǐng)國際品牌鰲頭。
展開 利用ANSYS Additive Print可成功實(shí)現(xiàn)金屬3D打印首次即成功
作者：Eric Miller，美國菲尼克斯市PADT公司總裁兼共同所有人
隨著增材制造的優(yōu)勢日益突顯，企業(yè)積極探索能改進(jìn)3D打印工藝的方法。ANSYS渠道合作伙伴PADT憑借其廣泛的快速原型構(gòu)建服務(wù)，長期位居增材制造的前沿地位。為了確保客戶能迅速獲得即用型增材制造部件，PADT的團(tuán)隊(duì)最近一直都采用ANSYS Additive解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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金屬增材制造是增長速度最快的制造領(lǐng)域之一。據(jù)《沃勒斯報(bào)告》（Wohlers Report）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年金屬制品銷售額增長了80%。眾多行業(yè)的企業(yè)都希望能充分利用3D打印的速度和靈活性創(chuàng)建其金屬組件。最常見的工藝是利用激光粉末床熔化成型技術(shù)逐層構(gòu)建金屬部件。在此過程中，激光首先會(huì)熔化金屬粉末，然后金屬變成固化。但是，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，而熱應(yīng)力又會(huì)造成變形。最好的結(jié)果是部件不完全符合CAD模型尺寸，但是在允許的公差范圍內(nèi)。由于變形的部件在打印過程中會(huì)干擾打印機(jī)器，最差的結(jié)果是在粉末刮板碰到部件的突出部分時(shí)，會(huì)損壞非常昂貴的機(jī)器。
PADT在大約25年前購買了第一臺(tái)3D打印機(jī)，此后一直在添加新設(shè)備。他們在該領(lǐng)域能向客戶供應(yīng)六種不同的增材制造技術(shù)，而且每月可加工成百上千個(gè)部件。一年多以來，PADT一直在應(yīng)用一種最新的技術(shù)，那就是：金屬的激光粉末熔化成型技術(shù)。在此過程中，工程師首先發(fā)現(xiàn)了殘余應(yīng)力及變形問題。有些部件變形并不嚴(yán)重，但另外一些卻出現(xiàn)了像炸土豆片一樣的翹曲。在大多數(shù)情況下，公司的工程團(tuán)隊(duì)都會(huì)設(shè)計(jì)薄的金屬結(jié)構(gòu)，以作為突出部位的支撐和對部件的約束，直到其經(jīng)過熱處理之后消除這些應(yīng)力。不過，PADT此前僅考慮到需要哪些支撐，因而往往造成過度設(shè)計(jì)。其團(tuán)隊(duì)目前采用ANSYS Additive Print不僅能優(yōu)化支撐，同時(shí)還能補(bǔ)償變形進(jìn)而避免刮板損壞。
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