5.4 SLM成形典型案例讲解.pptx

;;增材制造;;;;点阵结构;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;实现无支撑3D打印的三点要素

真正的设计“自由”应该提供不受约束的角度和内部尺寸，而不需要对表面和支撑去除进行大量的后处理。Velo3D并未清晰指出无支撑金属3D打印所能实现的条件，但3D打印技术参考通过对其公开视频的反复研判得出几条重要因素：铺粉过程、变化的能量输入以及实时反馈机制。

Velo3D采用了一种非接触的上送粉方式，它被称为实现无支撑打印的关键技术之一：送粉机构分为三个部分，在打印完一层后，送粉机构的前置“漏斗”沿打印区域洒下粉末，中间的刮片将粉末刮平，后置吸粉器可将多余粉末吸走，保证粉层厚度。在整个过程中，Velo3D避免了传统刮刀对打印件造成的摩擦及其它作用力，并能够在一定范围内容忍凸起。;另外，Velo3D明确指出在打印小角度特征的过程中，会减少热输入以防止变形，但不仅仅是降低激光功率；同时，一个零件不同的区域可能使用了不同的工艺参数，包括光斑大小，这种变化可能牺牲掉了表面质量但保证了效率，也有可能是保证了打印成功但牺牲掉了部分性能：总的来说，它提供了复杂的、经验证的激光参数，这些参数根据实际零件的几何形状而变化。;实时监控与反馈也是保证打印顺利进行的重要手段，其所开发的打印机内置了920多个传统器，经过训练的监控机制能够识别出缺陷，当超过阈值时可通知工艺人员对相应区域进行工艺调整。;被航空航天制造商青睐

作为商业航天工业中利用3D打印制造航天器部件的先驱之一，SpaceX率先推出了当今航天器的许多颠覆性设计，并为火箭发动机融入了相当多的3D打印部件，如推进剂阀门、涡轮泵和许多用于初始发动机开发测试的喷射器关键部件，此举不仅可以降低成本并生产最轻的部件，还提高了设计和评估的速度。该公司于2014年开始在航天器产品中使用3D打印技术，甚至表示有兴趣在2021年收购其增材制造供应商之一的Velo3D。到目前为止，SpaceX已经向Velo3D订购了22台机器，成为该公司迄今为止最大的客户。;美国私人航空航天公司后起之秀Launcher也在扩大和Velo3D的合作，其于今年购买了第二台Sapphire3D打印系??，用于生产优化设计的液氧涡轮泵组件以及轨道飞行器压力容器。由于液氧涡轮泵入口外壳具有悬垂的内部几何形状，Velo3D的无支撑金属3D打印技术在零件复杂性、制造效率和材料浪费方面相比其他方式更有优势。使用类似的方法，Launcher工程师还能够重新开发泵叶轮。通常，这些部件的悬垂较低，很难结合支撑件，但无支撑金属3D打印可以将其设计为平面，使其质量分布均匀，并防止在旋转过程中引起发动机故障。

;增材制造路线图：迈向智能化和工业化;增材制造的设计方法

发展现状

1、拓扑优化。一种计算机辅助设计方法，用于生成复杂结构的创新设计，表现出可调刚度、梯度特征和优异的轻质性能。通过拓扑优化把多个部件合并成一个部件是常见的优化策略。

2、多学科优化。设计结构需要满足多个目标并满足相关约束，例如复杂的载荷条件、高耐热性、有限的应力和位移。多学科优化不仅包括典型的结构设计约束，也包括工艺的约束，例如材料的各向异性、打印方向和过程参数。工艺仿真软件可以预测加工过程中的温度梯度和残余应力分布，获得的温度场或应力场可用于帮助消除结构变形。

3、微观晶格和宏观结构的梯度设计。

4、数据驱动的集成工艺-结构-性能的设计。以实现多个工艺参数、打印方向和结构设计的并行优化。;未来方向

1、结构和多学科拓扑优化。结构设计的综合优化需要考虑宽频振动、循环载荷下的材料疲劳、极端高温和强辐射等极端载荷条件。需要实施外部载荷的多物理模拟，以增强和拓宽综合优化的视野。所设计的部件保持必要的机械性能，并具有其他功能，例如光学、电磁、热性能等。引入多物理驱动的体积设计，将多尺度特征和多类型材料进行数字化整合，实现结构的功能融合。

2、知识库驱动的设计方法。这是智能设计和制造系统的一个重要方面，知识库包括材料数据库、功能晶格单元库、工艺参数组合、以及它们之间的相互影响关系。这些信息可以通过多物理过程模拟、人工智能以及机器学习算法建立。

3、以成本为导向的设计。收集设计、制造和服役期间的真实数据流，支撑面向成本的设计。产品设计的迭代过程在数字系统中进行将显著降低开发成本和时间消耗。

4、自动化超材料结构设计。通过模块化设计方法，创造具有期望性能的超材料。

;增材制造的材料

发展现状

1、金属、聚合物、陶瓷和天然材料已经用于不同的增材制造工艺中。

2、基于这些同质材料系统，已经成功地建立了使用异质材料(包括各种复合材料和多种材料)的工艺，以便获得更高的性能、更多的功能，甚至定制的性能，包括例如阻燃聚合物、直接金属和陶瓷复合材