隨著增材制造(AM)或3D打印技術(shù)變得越來越普遍，研究人員和行業(yè)都在尋求減少在制造復(fù)雜幾何形狀時(shí)其內(nèi)部固有的變形和應(yīng)力。比如，來自匹茲堡大學(xué)Swanson工程學(xué)院和匹茲堡當(dāng)?shù)刂圃焐藺erotech的科學(xué)家們就在最近獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)35萬美元的資金，以資助他們通過開發(fā)針對(duì)增材制造的快速計(jì)算建模方法來解決這些問題。

失敗的金屬3D打印部件

據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目名稱是：“解決金屬增材制造關(guān)鍵設(shè)計(jì)優(yōu)化問題的全新計(jì)算方法(Novel Computational Approaches to Address Key Design Optimization Issues for Metal Additive Manufacturing)”，為期三年，參與人員包括副教授、首席研究員 Albert To、Sangyeop Lee博士和兼職副教授Stephen Ludwick等，而Aerotech公司通過提供設(shè)計(jì)和評(píng)估來與匹茲堡大學(xué)合作。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)的研究實(shí)際上是之前的一個(gè)資助項(xiàng)目——賓夕法尼亞州先進(jìn)制造研究項(xiàng)目(RAMP)的一個(gè)延伸。

“通過增材制造創(chuàng)建復(fù)雜幾何形狀既有巨大的好處也面臨著重大的挑戰(zhàn)。”To博士說。“通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)殘余變形、殘余應(yīng)力和后加工需求可以為這些零件節(jié)省幾天甚至幾個(gè)月的時(shí)間。”

為了減輕這些挑戰(zhàn)，To博士和他的團(tuán)隊(duì)將首先發(fā)展一個(gè)簡單但很準(zhǔn)確的熱力學(xué)模型以預(yù)測增材制造部件中的殘余應(yīng)力和變形。接下來，他們將開發(fā)出一拓?fù)鋬?yōu)化方法，該方法能夠生成自由形式的曲面和易于加工的曲面。To博士稱，這將彌補(bǔ)增材制造部件的幾何復(fù)雜性和有機(jī)性，有助于他們解決可能的失真和后加工問題。這些方法然后會(huì)通過真實(shí)零部件和Aerotech公司提供的設(shè)計(jì)要求來測試。

失敗的金屬3D打印部件

Aerotech公司的Stephen Ludwick預(yù)計(jì)，“通過這種協(xié)作開發(fā)的工具將使我們能夠在將試錯(cuò)和返工降至最低的情況下通過增材制造產(chǎn)生出復(fù)雜的零件。這反過來使得我們能夠?yàn)樽约旱母咚龠\(yùn)動(dòng)系統(tǒng)制造出堅(jiān)硬而輕量化的部件，同時(shí)也可以被其它公司用于先進(jìn)制造。”

“通過利用先進(jìn)的機(jī)械理論，能夠?qū)⒃霾闹圃觳考�的設(shè)計(jì)優(yōu)化減少到幾分鐘，從而大幅縮減設(shè)計(jì)周期。”To博士說：“這會(huì)導(dǎo)致美國制造業(yè)更加廣泛地采用增材制造，并進(jìn)一步提高增材制造工藝的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。”

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