激光增材制造
關(guān)注創(chuàng)建者：紅沙西石 創(chuàng)建時(shí)間：2022-03-31
激光增材制造的視頻教程
workbench超詳細(xì)激光鋪粉式SLM增材溫度場(chǎng)模擬教程
采用workbench模擬鋪粉式激光增材制造的溫度場(chǎng)，了解了歷史過程。
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#SIMULIA增材制造工藝的逼真仿真使公司能夠優(yōu)化增材制造的零件設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)
1、提高為增材制造設(shè)計(jì)的零件的尺寸精度 2、最大限度地減少打印時(shí)間和材料用量 3、消除不必要且昂貴的物理測(cè)試打印 4、在設(shè)計(jì)、仿真和制造之間實(shí)現(xiàn)無縫集成，以縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間
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激光增材制造的實(shí)例教程
航空航天制造是當(dāng)今世界科技強(qiáng)國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，其發(fā)展離不開兼具輕量化、難加工、高性能等特征的航空航天金屬構(gòu)件。激光增材制造技術(shù)為高性能金屬構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制造開辟了新的工藝技術(shù)途徑，可解決航空航天等領(lǐng)域發(fā)展過程中對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及應(yīng)用等提出的新挑戰(zhàn)。近年來國(guó)內(nèi)外在激光增材制造的新材料制備、新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能/多功能構(gòu)件形性調(diào)控、航空航天應(yīng)用等方面取得了顯著的研究進(jìn)展。
研制新型高性能材料是激光增材制造構(gòu)件力學(xué)性能及應(yīng)用水平提升的基礎(chǔ)保障
金屬激光增材制造過程中易出現(xiàn)孔隙、裂紋、氧化夾雜、熔體球化與飛濺等一系列冶金缺陷，這是由材料的物理和化學(xué)特性本質(zhì)決定的。缺陷會(huì)顯著降低激光增材制造構(gòu)件成形性能。以鋁合金為例，其特殊性質(zhì)（低密度、低激光吸收率、高熱導(dǎo)率及易氧化性等）決定了其是激光增材制造的典型難加工材料。很多高性能合金較難通過激光增材制造工藝獲得預(yù)期的高性能，主要是因材料的成分物性等參數(shù)并非專門為激光增材制造而設(shè)計(jì)，難以適用于激光快速熔化凝固過程及高度非平衡冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為。
專用面向激光增材制造的Al-Mg-Sc-Zr合金可原位生成Al3(Sc,Zr)納米彌散強(qiáng)化相，成形件抗拉強(qiáng)度高于500 MPa，延伸率超過10%。新型研發(fā)的激光增材制造Ti-Cu合金可獲得細(xì)小等軸β-Ti晶粒，并具有很高的化學(xué)成分均勻性，成形件兼具高抗拉強(qiáng)度（867±8 MPa）和延伸率（14.9±1.9%），如圖1所示。
展開 激光增材制造的顯著優(yōu)勢(shì)在于，它在本質(zhì)上是一種基于粉末的方法，這一方法能夠重復(fù)利用高達(dá) 95％的未用材料。相比之下，銑削等傳統(tǒng)制造方法的材料浪費(fèi)率則高達(dá) 98%。
該制造方法的另一大優(yōu)勢(shì)在于，這種方法制造的部件采用近凈成形技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，通常無需后續(xù)的精加工步驟，但對(duì)精度及裝配要求較高的結(jié)構(gòu)通常仍需要傳統(tǒng)的精加工步驟。
此外，激光增材制造能夠在部件中實(shí)現(xiàn)功能集成，這不但有助于縮短生產(chǎn)和裝配時(shí)間，而且還能提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于部件是逐層進(jìn)行生產(chǎn)，因此也無需使用制模設(shè)備。它可以在單個(gè)制造流程中生產(chǎn)出形狀迥異的多種部件。
TiLight 研究項(xiàng)目明確展示了將拓?fù)鋬?yōu)化與激光增材制造相結(jié)合的可行性及其帶來的優(yōu)勢(shì)。并且，由于開發(fā)了最佳實(shí)踐流程鏈，這令對(duì)模型和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化成為可能。這些幾何結(jié)構(gòu)以自然結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，有助于充分挖掘組合方法所帶來的輕量化潛力。研究結(jié)果還表明，激光增材流程能夠或多或少地減少對(duì)制造能力的限制，只有在使用優(yōu)化工具和特別適用于該制造方法的開發(fā)流程時(shí)，才能充分發(fā)揮激光增材制造的優(yōu)勢(shì)。另一方面，理想優(yōu)化結(jié)果帶來的副作用，如幾乎無法以傳統(tǒng)制造方法進(jìn)行生產(chǎn)的載荷特定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可借助激光增材制造方法進(jìn)行彌補(bǔ)。
優(yōu)化、生物結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及激光增材制造的相互結(jié)合，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和效率優(yōu)勢(shì)，尤其是在重量直接影響產(chǎn)品性能的航空等領(lǐng)域更是如此。
TiLight的后續(xù)項(xiàng)目仍在進(jìn)行，重點(diǎn)在于確定該項(xiàng)目的不足之處或其他未決問題。后續(xù)項(xiàng)目將進(jìn)一步完善TiLight項(xiàng)目所開發(fā)的設(shè)計(jì)方法并對(duì)其制造限制加以研究。TiLight項(xiàng)目的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，被眾多不同的企業(yè)所應(yīng)用。
展開 而這要?dú)w功于 OptiStruct 給予我們的幫助，這款工具幫助我們開辟了新的思路，使我們能夠通過設(shè)計(jì)方法和制造流程充分挖掘輕量化的潛力。
激光增材制造采用激光逐層地掃描堆積的金屬粉末，使金屬粉末選擇性地熔化。采用這種方式，可以對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼、工具鋼、鋁或鈦合金等工藝金屬進(jìn)行加工。原始材料的機(jī)械屬性將被保留。激光增材制造的顯著優(yōu)勢(shì)在于，它在本質(zhì)上是一種基于粉末的方法，這一方法能夠重復(fù)利用高達(dá) 95％的未用材料。相比之下，銑削等傳統(tǒng)制造方法的材料浪費(fèi)率則高達(dá) 98%。
該制造方法的另一大優(yōu)勢(shì)在于，這種方法制造的部件采用近凈成形技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，通常無需后續(xù)的精加工步驟，但對(duì)精度及裝配要求較高的結(jié)構(gòu)通常仍需要傳統(tǒng)的精加工步驟。
此外，激光增材制造能夠在部件中實(shí)現(xiàn)功能集成，這不但有助于縮短生產(chǎn)和裝配時(shí)間，而且還能提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于部件是逐層進(jìn)行生產(chǎn)，因此也無需使用制模設(shè)備。它可以在單個(gè)制造流程中生產(chǎn)出形狀迥異的多種部件。
TiLight 研究項(xiàng)目明確展示了將拓?fù)鋬?yōu)化與激光增材制造相結(jié)合的可行性及其帶來的優(yōu)勢(shì)。并且，由于開發(fā)了最佳實(shí)踐流程鏈，這令對(duì)模型和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化成為可能。這些幾何結(jié)構(gòu)以自然結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，有助于充分挖掘組合方法所帶來的輕量化潛力。研究結(jié)果還表明，激光增材流程能夠或多或少地減少對(duì)制造能力的限制，只有在使用優(yōu)化工具和特別適用于該制造方法的開發(fā)流程時(shí)，才能充分發(fā)揮激光增材制造的優(yōu)勢(shì)。另一方面，理想優(yōu)化結(jié)果帶來的副作用，如幾乎無法以傳統(tǒng)制造方法進(jìn)行生產(chǎn)的載荷特定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可借助激光增材制造方法進(jìn)行彌補(bǔ)。
優(yōu)化、生物結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及激光增材制造的相互結(jié)合，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和效率優(yōu)勢(shì)，尤其是在重量直接影響產(chǎn)品性能的航空等領(lǐng)域更是如此。
展開 摘 要：針對(duì)激光增材制造過程, 采用仿真的方式獲取加工過程中各參量隨時(shí)間變化的情況。建立了高斯熱源的模型, 主要分析了激光掃描過程中材料的溫度、不同方向的溫度梯度、不同方向的變形量、正應(yīng)力和屈服應(yīng)力, 最后分析了冷卻后的溫度、變形和應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明:薄壁框由于各方向與空氣接觸面積大小不同, 冷卻的溫度梯度差別大;各方向剛度不同, 會(huì)導(dǎo)致變形量不同, 從而對(duì)應(yīng)力的分布造成影響;激光對(duì)已成形部分的影響主要位于前幾個(gè)掃描周期, 影響程度隨熔池與該節(jié)點(diǎn)的距離增大而快速減小;最大單向變形約為2. 5 mm, 最大殘余應(yīng)力約為560 MPa。
關(guān)鍵詞：增材制造;仿真;溫度;應(yīng)力分布;變形;
增材制造是當(dāng)今制造領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題[1], 然而, 由于實(shí)際加工中工藝的限制, 在材料、幾何形狀、公差、殘余應(yīng)力及強(qiáng)度方面生產(chǎn)的制件并不總是可使用的。因此, 在實(shí)際加工前采用仿真的方式預(yù)演是非常必要的[2,3]。
作為新型制造方法的代表, 增材制造技術(shù)提供了生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀的能力, 例如內(nèi)部特征, 這些內(nèi)部特征難以通過其他任何工藝來創(chuàng)造;然而, 表面質(zhì)量和精度嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展, 調(diào)整參數(shù)過程耗時(shí)耗力[4]。Srikanth等[5]采用2D非線性有限元的方式對(duì)激光增材制造仿真的溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真, 隨后又針對(duì)3D結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的仿真, 分析了不同的激光功率和掃描速度對(duì)溫度場(chǎng)及其溫度梯度的影響[6]。Zhao等[7]通過ABAQUS仿真發(fā)現(xiàn)激光沉積區(qū)域能夠限制基材的塑性變形和材料交界處的正應(yīng)力。Zhou等[8]提出了一個(gè)完整的增材制造模型, 包含了模型設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化、軌跡規(guī)劃和能量及材料消耗, 并且通過閉環(huán)反饋進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化。
展開 以探月、火星探測(cè)、空間站建設(shè)等為代表的我國(guó)航天事業(yè)正蓬勃發(fā)展，針對(duì)航空航天領(lǐng)域三類典型應(yīng)用材料（即鋁、鈦、鎳基合金及其金屬基復(fù)合材料）、四類典型結(jié)構(gòu)（大型金屬結(jié)構(gòu)、復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)、輕量化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、多功能仿生結(jié)構(gòu)等），鋁合金激光增材制造（SLM） 完美契合，有望成為下一代運(yùn)載火箭、衛(wèi)星等核心零部件成形的關(guān)鍵技術(shù)。因此，開發(fā)出新一代增材制造高強(qiáng)鋁合金，已經(jīng)成為當(dāng)前航天增材領(lǐng)域亟待完成的一個(gè)重要基礎(chǔ)研究任務(wù)。
▲SLM機(jī)理（圖片來源：楊永強(qiáng)等.金屬零件激光選區(qū)熔化3D打印裝備與技術(shù)）
基于粉床自動(dòng)鋪粉的選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)利用高能激光熔化處于松散狀態(tài)的粉末薄層（厚度通常為20～50μｍ），基于粉床逐層精細(xì)鋪粉、激光逐層熔凝堆積的方式，成形任意復(fù)雜形狀的高致密度構(gòu)件。SLM技術(shù)成形精度高，對(duì)特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如懸垂結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、復(fù)雜曲面、空間點(diǎn)陣等）制造的適用程度高，其發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)中小型復(fù)雜構(gòu)件直接精密凈成形，為高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)件的低成本、短周期、凈成形制造提供一體化解決方案。
對(duì)于激光增材制造而言，鋁基材料是典型的難加工材料，這是由其特殊的物理性質(zhì)（低密度、低激光吸收率、高熱導(dǎo)率及易氧化等）決定的。從增材制造成形工藝角度看，鋁合金的密度較小，粉體流動(dòng)性相對(duì)較差，在SLM成形粉床上鋪放的均勻性較差，故對(duì)激光增材制造裝備中鋪粉系統(tǒng)的精度及準(zhǔn)確性要求較高。未熔化前，鋁對(duì)CO2激光的初始吸收率僅為９％，而其熱導(dǎo)率高達(dá)237Ｗ/（ｍ·Ｋ），為鐵的3倍、鈦的16倍，通常的低功率CO2激光難以使鋁粉體發(fā)生有效熔化。
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激光增材制造的最新內(nèi)容
在智能制造的浪潮中，金屬基增材制造（即金屬3D打印）技術(shù)因其能夠制造復(fù)雜、高性能零件而備受矚目。然而，該工藝的質(zhì)量與穩(wěn)定性，很大程度上取決于對(duì)打印過程中熔池及熱影響區(qū)溫度的精確控制。德國(guó)Optris公司推出的PI08M短波紅外熱像儀，正是為解決這一核心痛點(diǎn)而生，它通過提供實(shí)時(shí)、精確的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為智能制造的閉環(huán)控制提供了關(guān)鍵支撐。
德國(guó)Optris紅外熱像儀生產(chǎn)廠家：https
2026年3月17-19日，2026 TCT亞洲展在國(guó)家會(huì)展中心（上海）隆重舉行。本屆展會(huì)匯聚全球前沿技術(shù)與創(chuàng)新成果，覆蓋3d打印設(shè)備、材料、軟件、應(yīng)用與服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈。
FLOW-3D 中國(guó)攜專為增材制造打造的 FLOW-3D AM 流體仿真軟件亮相。，與業(yè)界同仁深入交流前沿技術(shù)，共探增材制造行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展路徑。
2026華南國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)
2026第29屆華南國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化暨機(jī)器視覺展
時(shí)間： 2026年6月10-12日
地點(diǎn)：深圳國(guó)際會(huì)展中心（寶安新館）
展示產(chǎn)品：工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器視覺、機(jī)器人、激光、數(shù)控機(jī)床與金屬加工、測(cè)試測(cè)量、新一代信息技術(shù)與應(yīng)用、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、CMM電子制造自動(dòng)化
漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司 漢諾威米蘭星之球展覽（深圳）有限公司 東浩蘭生會(huì)展（深圳）有限公司
引言
隨著增材制造技術(shù)的不斷成熟，增材制造工藝在電子行業(yè)的滲透率不斷增加，其在電子行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在消費(fèi)電子、柔性電子、先進(jìn)封裝等領(lǐng)域，通過高精度增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件的快速制造。
電子產(chǎn)品中的金屬結(jié)構(gòu)件在3D打印過程中會(huì)遇到打印變形超差、開裂等問題，尤其在首次打印結(jié)構(gòu)件時(shí)，沒有過往經(jīng)驗(yàn)可借鑒，只能通過不斷試錯(cuò)來尋找解決方案。
對(duì)于前期工藝開發(fā)，借助增材仿真專業(yè)軟件
<p>關(guān)鍵詞：增材制造；有限元，元胞自動(dòng)機(jī)，凝固組織，晶體塑性</p><p class="ql-align-justify">增材制造技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)字化制造技術(shù)，其采用熱源熔融離散材料（如粉末），并逐層逐道沉積成3維實(shí)體構(gòu)建。這與傳統(tǒng)減材制造 (切削、磨削等) 和等材制造 (鑄造、鍛壓等) 加工材料方式的本質(zhì)不同。增材制造過程伴隨著快速的熔化和凝固循環(huán)，材料經(jīng)歷復(fù)雜的熱歷程。這導(dǎo)致熔池內(nèi)部及相鄰層
FLOW-3D 工程師與國(guó)內(nèi)外業(yè)界同仁友好交流，深入探討激光技術(shù)與增材制造工藝的前沿應(yīng)用。
FLOW-3D AM 軟件基于離散元方法（DEM）和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）為各種增材制造過程提供建模平臺(tái)，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。
這是一個(gè)增材制造的教學(xué)案例(適用于3D打印、激光熔覆、焊接等領(lǐng)域)。聲明:本cae文件為abaqus2016版本，所以僅適用于2016及以上的版本，但是在最后的壓縮包中添加了inp文件，inp文件不受版本限制，同時(shí)python腳本文件及for熱源子程序文件不受版本限制。
案例分為四種掃描方式:
1.單向掃描 2.雙向掃描 3.基于單向掃描的優(yōu)化 4.基于雙向掃描的優(yōu)化
這是一個(gè)增材制造的教學(xué)案例(適用于3D打印、激光熔覆、焊接等領(lǐng)域)。
聲明:本cae文件為abagus2016版本，所以僅適用于2016及以上的版本，但是在最后的壓縮包中添加了inp文件，inp文件、for熱源子程序不受版本限制。
這只是一個(gè)demo，所有的技術(shù)是都有展示的，只是模型精度比較差。型中的生死單元控制是利用GUI界面設(shè)置的，對(duì)于簡(jiǎn)單的增材制造模擬可能會(huì)滿足要求，但是針對(duì)需要進(jìn)行多次生死單元轉(zhuǎn)換的模型
在一項(xiàng)聯(lián)合創(chuàng)新項(xiàng)目中，德國(guó)鐵路（Deutsche Bahn）、SLM Solutions公司聯(lián)合海克斯康對(duì)貨運(yùn)列車鉸鏈的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，并借助增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重新開發(fā)。得益于海克斯康旗下的MSC Apex仿真平臺(tái)生成式設(shè)計(jì)帶來的重量?jī)?yōu)化成果，這些部件能夠通過3D打印實(shí)現(xiàn)更具成本效益的生產(chǎn)。
面臨挑戰(zhàn)
貨運(yùn)列車等設(shè)備資產(chǎn)壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，導(dǎo)致備件難以長(zhǎng)期儲(chǔ)備。設(shè)備故障時(shí)，備件采購(gòu)成為運(yùn)營(yíng)商的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
