頂刊《PMS》增材制造多孔金屬材料的性能及應用綜述(2)
圖8 具有晶格結構的示范性 Ti6Al4V 生物醫學植入物;(AI) 通過 EB-PBF 制造的菱形十二面體元網狀網狀顱骨置換原型,(A.II) L-PBF 多孔股骨;(BI) 混合骨盆帶,通過 EB 制造的右風髂骨置換植入物-PBF 并適合骨骼模型,由中國沉陽金屬研究所 (IMR) 的 SJ Li 博士提供,(B.II)混合髖關節植入物,在一個單件與合理設計的多孔質部聯合收割機實心區域在一個單步制造的添加劑的制造過程; (C) 通過 L-PBF 制造的幾何優化和功能分級的晶格髖關節植入物是全實心植入物的 41.9% 。
圖10(A) 晶格結構設計優化方法的流程圖;(B) Ti6Al4V 枕式支架設計的說明性步驟。
圖11 (A)加入蜂窩晶格的AM汽油活塞和銷的剖面圖,質量減少了 25%,并改善了關鍵區域的冷卻(由 IAV 汽車工程提供);(B)通過 L-PBF 制造的用于井下應用的石油和天然氣Inconel 718 組件,質量減少 42.4%。該組件通過使用兩個“蛇形”內部通道在油井上下泵送流體,設計的組件直徑為 81.3 毫米,高度為 135.9 毫米;(C) 由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 輕型格架支架在實驗車輛中實施; (D) 具有通過 L-PBF 制造的晶格芯的賽車氣缸蓋的輕量化設計,重量減輕 63%,內部冷卻表面大 11 倍以上(由SLM Solutions公司提供),頂部和底部圖像代表傳統和輕量級設計;(E) 鈦航空支架由 Materialise 團隊設計,重量減輕 63%,由 GE 航空制造,用于航空航天應用;(F) 雷尼紹蜘蛛支架于 2017 年首次展示,由 L-PBF 在 Ti6Al4V 中制造。
圖14 TPMS 陀螺受壓破壞機制的差異:(a) 壁斷裂和對角線或剪切破壞帶,(b) 壁折疊和分層倒塌也導致結構膨脹。
圖18 熱管理應用設計中涉及的晶格結構示例。更詳細地說,由Inconel 718 通過 L-PBF 制造的帶有晶格壁的整體推力室旨在增強流體傳輸,同時充當冷卻系統(由Cellcore 和SLM Solutions 實現),一種拓撲優化的晶格散熱器裝置,可保證流動再循環(由普渡大學實現),一種填充三重周期最小表面晶格的熱交換器,用于航空渦輪機(由nTopology 實現));B) 適用于電子應用的散熱器采用的 TPMS 結構的其他示例(由nTopology實現);C)用于 F1賽車的超輕鋁合金AM熱交換器(由Betatype和Progressive Technologies實現)。
除了屬性應用空間之外,該綜述論文還概述了金屬晶格結構的制造挑戰,為設計和制造工程師提供了全面的資源,激發并進一步推動利用這些類型的結構制造各種新零件和產品的新進展的應用領域。
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