ANSYS纳卫星金属选择性激光熔化有限元分析(3)
时间:2018-03-28 09:54 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2013年8月22号，NASA测试了用3D打印制作的火箭喷射板，这是3D打印首次直接应用在火箭结构件上。传统的工艺制作喷射板需要28个零件来组装，每个零件都需要精密机械加工再装配，费时耗力，而3D打印只需要一次打印就能将28个零件一次性完成还不需要组装[6]。2013年10月欧洲航天局启动了“将3D打印带入金属时代”的计划，研发用于构建飞机零件、太空飞船和其他交叉项目的金属3D打印科技。这个总值为2千万欧元的跨国研究计划被定名为Amaze，是以零浪费和高科技金属产品的有效生产为目标的增材制造[7]。2013年10月美国航空航天制造商和武器制造商洛克希德马丁开创的“数字织锦”技术（Digital Tapetry）将增材制造技术运用到了航空虚拟实验室的设计和制造中。将设计和生产过程整合为一体，与实际生产无缝对接，最后直接通过激光或电子束选择性熔融钛合金工艺来制作零件。显然，金属增材制造技术已经引起欧美发达国家高度重视，被提升到国家战略发展议程。 2013年四月中下旬，中国科技部公布了《国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》，3D产业首次入选发展计划[8]。美国总统奥巴马在2013年6月3日将3D打印列入自己的“工作计划”。在此之前有关3D打印的研究已经在如火如荼的进行之中，在此之后3D打印更是进入了公众的视线之中。国家对于3D打印的发展也越发的重视，然而，相对于国外的研究国内的起步要相对晚了将近10年的时间，在设备方面更是无法到达目前国外高端设备的精度。 国内外学者对金属选择性激光熔化技术进行了大量研究。 日本的Kozo Osakada等人[9]利用氩气作保护气体，开展铝粉、铜粉、铁粉、 SUS316L不锈钢粉、铬粉、钛粉和镍基合金粉末SLM实验，研究认为不同材料需要采用不同的熔融温度及工艺参数。比利时鲁汶大学的Vandenbroucke与Kruth 等人[10]对Ti-6Al-4V, Co-Cr-Mo两种生物合金材料进行了SLM实验，研究认为SLM成形中激光功率、粉层厚度、扫描速度和扫描间距通过影响激光照射在粉体表面的能量密度对试件致密度产生影响，粉末材料、颗粒形状、粉层厚度、激光功率、激光辐照角度、扫描策略和试件的表面后处理是影响试件表面粗糙度的因素。北京工业大学孙大庆[11]采用光纤激光器对单一组分铁粉进行了实验研究，对激光功率、扫描速度、扫描间距、粉末飞溅、铺粉厚度及扫描方式、进行了工艺实验研究，探讨工艺参数对成形件的影响。 德国Fraunhofer激光技术研究所[12]研究发现粉末经熔融后急速冷却（冷却速率104-106k/s）可以获得更高强度、致密度100%、没有裂纹和气孔的AlSi10Mg和AlSi9Cu3压铸合金，表明SLM温度变化速率对成形件的表面质量和材料性能影响很大。 英国利兹大学的M.Badrossamay等人[13]对不锈钢和工具钢合金粉末（M2、 H13、 316L 和314S-HC）进行了SLM 实验，研究认为在SLM成形过程中，对于给定的激光功率和光斑直径，增加扫描速度将缩短激光和粉末的接触时间，致使粉床温度降低，粉末能量吸收率降低，造成热量的损失。华中科技大学利用自主研制的SLM设备对不锈钢粉末进行了SLM实验[14-15]，进行了单道扫描实验，并采用不同的成形工艺观察实验现象，还对SLM成形件内部的显微组织进行了扫描电镜与光学显微分析，结果表明成形件的致密度与激光能量密度存在指数关系，不同的成形工艺得到的显微组织也具有不同的特征。 北京航空航天大学王华明老师[16]指导研究激光熔化沉积TC4钛合金亚临界点退火显微组织特征及显微组织演变规律，研究退火温度及退火后冷却方式(水冷、空冷)对组织形态的影响规律，展示了激光熔融后的后处理工艺对SLM成形件微观组织形态的影响。 (责任编辑：qin) |