比利時魯汶大學用3DXpert軟件使金屬增材制造研究步入新臺階

導讀：世界領先的增材制造學術(shù)機構(gòu)與3D Systems攜手合作支持增材制造軟件和3D打印技術(shù)的研究和教育。

難題
搭建引領金屬增材制造研究和教育的設施
解決方案
3D Systems 3DXpert™一站式AM集成軟件和ProX®DMP 320金屬3D打印機
結(jié)果
•高精準的3D打印
•能夠完全控制增材制造流程（包括激光參數(shù)和打印策略），不斷探索新技術(shù)，解決出現(xiàn)的問題
•采用一站式靈活軟件方案，為從CAD到后處理的各種增材制造研究需求提供支持

比利時魯汶天主教大學（以下簡稱為KU Leuven 魯汶大學）在增材制造研究方面擁有近30年的經(jīng)驗，對增材制造的貢獻排名全球第三，同時也是全球領先的增材制造學術(shù)機構(gòu)之一。

魯汶大學增材制造研究小組由魯汶大學機械制造系教授 Ir. Ing. Brecht Van Hooreweder領導，他正在開展與激光增材制造相關的不同領域的研究活動，包括：
•擴充增材制造材料庫，包括陶瓷、鋁和生物材料；
•通過分析微觀結(jié)構(gòu)、紋路、孔隙度和熱應力，研究與靜態(tài)和動態(tài)機械特性相關的工藝條件；
•優(yōu)化軟硬件的機械設計和工藝；
•增強對X光CT、進程監(jiān)控和后處理的質(zhì)量控制。

為進一步支持研究活動的開展，增材制造研究小組專門建立了一間實驗室，配備了增材制造硬件（包括3D打印機、后處理設備、壽命測試設備、測量設備、粉末生產(chǎn)設備）和軟件解決方案，這些軟硬件有些由供應商提供，有些則是其自行研發(fā)出來的。

開發(fā)下一代增材制造技術(shù)
魯汶大學已與3D Systems密切合作了多年。魯汶大學增材制造研究小組利用3DXpert教育版和ProX DMP 320金屬打印機針對增材制造的打印準備、優(yōu)化、制造和控制開展大量研究項目。此外，魯汶大學和3D Systems也在精密金屬增材制造（PAM2）歐洲項目方面開展合作。來自魯汶大學的博士研究人員在3D Systems魯汶技術(shù)中心完成訓練和實習。

魯汶大學的研究人員高度重視與3D Systems合作過程中積累的行業(yè)經(jīng)驗，也高度重視3DXpert在整個制造流程中提供的幫助，幫助他們增強和優(yōu)化增材制造流程。
“我最為欣賞的是3DXpert能夠靈活整合所有增材制造流程，包括從設計到制造的所有流程，”Ing. Jitka Metelkova說道，他是PAM2項目的初級研究院、增材制造工程師和瑪麗居里博士后?！耙玫紺AD工具進行設計工作時，設置掃描策略和激光參數(shù)時，或考慮氣體流動時，我們會把所有需求整合到同一個軟件平臺中，這樣就沒必要使用其它軟件解決方案了?！?br />

“在研究中我們大多數(shù)時候都使用鋼合金和鈦合金，ProX DMP 320低氧含量有助于提供可重復的高質(zhì)量零部件，” PAM2項目協(xié)調(diào)員Ir. Ann Witvrouw博士說道。
“將3DXpert軟件和ProX DMP 320打印機結(jié)合起來使用，能夠很好地達到我們的研發(fā)目標，那就是為整個金屬增材制造流程尋找一個綜合解決方案。在此之前，我們必須使用獨立的軟件和硬件產(chǎn)品，造成工作流程大大復雜化，甚至有些重要的流程根本無法實現(xiàn)，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授說道?！拔覀儗?DXpert軟件和ProX DMP 320打印機的表現(xiàn)很滿意，也很高興能夠與3D Systems開展合作研究工作。”

“ 將3DXpert軟件和ProX DMP 320打印機結(jié)合起來使用，能夠很好地達到我們的研發(fā)目標，那就是為整個金屬增材制造流程尋找一個綜合解決方案?！?br />

—Ir. Ing. Van Hooreweder教授

優(yōu)化新材料的流程參數(shù)
根據(jù)PAM2項目框架，魯汶大學使用ProX DMP 320打印機處理了兩種不同的馬氏體時效鋼粉末（等級300）。他們使用3DXpert軟件開展參數(shù)研究，為兩類粉末開發(fā)出最佳參數(shù)集，以便同時確保較高的密度和較低的表面粗糙度。

混合增減材制造測試
魯汶大學正在對一種新的3D打印混合方法進行測試，該方法將連續(xù)波激光與脈沖波激光結(jié)合，以便有選擇性地去除零部件頂面的材料?！?DXpert使得我們能夠生成復雜的掃描策略，例如多面掃描，這是非常有幫助的，使得我們能夠完成先前無法完成的任務或者必須手工完成的任務，”Jitka Metelkova說道。

定制支架設計
為研究增材制造得出的Ti6Al4V 支架的復雜載荷條件，來自魯汶大學的研究人員使用3DXpert軟件設計了一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的新型樣品幾何體。魯汶大學研究人員成功使用全新的支架幾何體，孔隙梯度介于實體末端和支架中間部分，以便進行準靜態(tài)拉伸測試、拉-拉測試、拉-壓測試和壓-壓疲勞測試。研究結(jié)果發(fā)表在Nature出版集團旗下刊物《科學報告》（Scientific Reports ），文章名為“增材制造得出的Ti6Al4V 支架在拉-拉、拉-壓和壓壓疲勞載荷條件下的疲勞壽命”。

“我們很高興現(xiàn)在能夠快速靈活地生產(chǎn)出所需的定制支架，正如本例中的疲勞樣品所示，顯示了很好的孔隙梯度。它幫助我們加快研究，得出想要的結(jié)構(gòu)，很好地反映了我們已獲得的知識，”Jitka Metelkova說道。

未來增材制造工程師培養(yǎng)
魯汶大學機械工程系設有一門增材制造課程，講述了各種增材制造方法對應的主要原理，并概述了增材制造行業(yè)的最新研究成果和當前遇到的研究挑戰(zhàn)。
為確保未來的工程師能夠適應增材制造研究和制造環(huán)境，增材制造課程框架中也囊括了3DXpert各種掃描策略生成的圖片和錄像。
此外，3D Systems魯汶技術(shù)中心還在不斷培訓年輕的研究員，他們可以在工作室、研討會和開放日使用大學的教學設施。

塑造增材制造行業(yè)的未來
魯汶大學從一開始就積極參與增材制造研究，也對增材制造技術(shù)的未來充滿信心。按照計劃，他們將投資解決增材制造技術(shù)的現(xiàn)有障礙。
“未來幾年我們的目標包括準確預測增材制造得到的金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，研究實體區(qū)域和多孔介質(zhì)區(qū)域混合的情況，并確保零部件質(zhì)量好，可重復性高，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授說道。“我們打算繼續(xù)與3D Systems公司合作，過去經(jīng)驗證明我們的合作很成功，富有成效。”