“金屬3D打印技術(shù)研究進展及動力學(xué)性能檢測在3D打印中的應(yīng)用”研討會成功舉辦

2022年3月14日下午2點，由南極熊與TESCAN聯(lián)合主辦的“金屬3D打印技術(shù)研究進展及動力學(xué)性能檢測在3D打印中的應(yīng)用”線上研討會成功舉辦。本次研討會邀請了華中科技大學(xué)張海鷗教授、北京工業(yè)大學(xué)張冬云教授、TESCAN micro CT中國區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理孟方禮做線上主題演講。

張海鷗教授報告的主題是“高端鍛件增等減材復(fù)合超短流程制造技術(shù)與裝備”。據(jù)張教授介紹，目前國家急需的大飛機、航空發(fā)動機等高端裝備依賴進口，必須自主研發(fā)大型復(fù)雜高端鍛件核心制造技術(shù)與裝備。而且，傳統(tǒng)的鍛造技術(shù)存在很多的局限性，比如流程與周期長、大裝備小鍛件、性能質(zhì)量不均、產(chǎn)品適應(yīng)性差等。

在這些背景之下，張海鷗教授創(chuàng)立微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)體系及裝備，包含四大發(fā)明點：
✔ 熔凝維區(qū)增等減同步成形方法；
✔ 均勻等軸細晶強韌化技術(shù)；
✔ 難成形材料多能場復(fù)合成形技術(shù)；
✔ 微鑄鍛超短流程綠色制造裝備。

在裝備方面，實現(xiàn)了僅用傳統(tǒng)8萬噸鍛機數(shù)萬分之一壓力直接獲鍛造零件；制造時間減少1/2-2/3；可鍛鍛件面積增加3倍；材料利用率提高2.6倍；節(jié)能80~90%，碳排放降低90~93%。實現(xiàn)單設(shè)備超短流程制造大型復(fù)雜鍛件的原始創(chuàng)新。

目前，張海鷗教授團隊通過微鑄鍛復(fù)合超短流程制造技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金TC4-DT、高溫合金GH4169、超高強鋼A-100的各方面性能已經(jīng)全面超越鍛件。

來自北京工業(yè)大學(xué)的張冬云教授為我們帶來了題為“SLM制造的點陣結(jié)構(gòu)性能影響因素研究及進展”的報告。

張冬云教授對點陣結(jié)構(gòu)進行了概述，目前的點陣結(jié)構(gòu)主要包含三種類型：基于支柱的點陣結(jié)構(gòu)、基于骨架的點陣結(jié)構(gòu)、板狀三周期極小曲面點陣結(jié)構(gòu)；上述三種點陣大多由三角形、菱形、六角菱形、菱形十二面體和十四面體等基礎(chǔ)單元構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。

之后對多孔結(jié)構(gòu)進行了概述，多孔結(jié)構(gòu)具有高比強度、高比剛度、輕量化、吸能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，可以用于航空、航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，對于多孔結(jié)構(gòu)的研究主要集中在力學(xué)性能、變形失效等方面。
目前，張冬云教授課題組主要研究了三種多孔結(jié)構(gòu)，包括菱形十二面體結(jié)構(gòu)、體心結(jié)構(gòu)和拓撲優(yōu)化多孔結(jié)構(gòu)。使用Ti6Al4V材料3D打印了不同胞元尺寸（4mm、6mm和8mm），不同孔隙率（85%、90%和95%）的樣品，并進行了力學(xué)性能測試，測試結(jié)果顯示，在相同胞元尺寸條件下，力學(xué)性能隨孔隙率的上升而下降。在壓縮過程中，多孔點陣機構(gòu)的能量吸收由其抗壓強度、平臺應(yīng)力及致密化應(yīng)變共同決定。此外，張冬云教授還對菱形十二面體（Ti6Al4V）均勻結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)以及連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)進行了對比測試。

對TC4材料打印的體心點陣結(jié)構(gòu)進行壓縮性能測試，結(jié)果顯示同胞元尺寸點陣結(jié)構(gòu)抗壓強度、壓縮模量以及平臺階段強度隨相對密度增加而增加。平臺階段起伏程度隨著壓縮應(yīng)變的增大逐漸減小。AlSi10Mg材料打印的體心點陣結(jié)構(gòu)測試結(jié)果相近，但在平臺階段起伏程度大且劇烈。

最后，張冬云教授對課題組自己設(shè)計的一種3D打印拓撲優(yōu)化多孔結(jié)構(gòu)性能進行了研究。并在報告中介紹了大量點陣結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路、測試數(shù)據(jù)及研究結(jié)論。并表示有些檢測行為通過模擬軟件無法精確呈現(xiàn)。如通過實時動態(tài)顯微CT做原位觀察，特別是對缺陷觀察，以及缺陷對性能的影響相關(guān)研究非常重要！

研討會第三位報告人是來自TESCAN micro CT中國區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理孟方禮，孟經(jīng)理介紹了TESCAN公司的實時動態(tài)斷層掃描技術(shù)，并將實時動態(tài)4D掃描與延時4D掃描進行了對比。

為觀眾展示了3D打印零部件原位壓縮實驗的實時動態(tài)變化過程。并在1mm/min，最大載荷1,000N的條件下，使用人體椎體和3D打印椎間融合器來展示了實際的壓縮案例。實時動態(tài)CT旋轉(zhuǎn)一周的時間為43秒，在實驗過程中不會有應(yīng)力弛豫現(xiàn)象。

孟經(jīng)理表示，TESCAN的實時動態(tài)CT還可以用于泡沫金屬的壓縮檢測，并列舉了實際的案例，樣品尺寸為20mm×22mm，總壓縮位移為7mm。展示了實時動態(tài)CT掃描在科研工作中的顯著優(yōu)勢。

目前TESCAN檢測設(shè)備已經(jīng)在國內(nèi)頂尖高科技企業(yè)及高校，可以有效助力相關(guān)尖端科研工作。

以上是本次研討會的部分精彩內(nèi)容，想關(guān)注更多3D打印研究進展，請關(guān)注南極熊后續(xù)活動。