密歇根大學SmartScan軟件，減少金屬3D打印熱變形

南極熊導讀：變形翹曲是金屬3D打印（包括LPBF）用戶最關(guān)心的問題之一。考慮到金屬3D打印的許多應(yīng)用都集中在高端制造業(yè)，包括但不限于航空航天、汽車和生物醫(yī)學，許多人正在努力解決這個問題，確保制造的零件可用。

2022年4月16日，南極熊獲悉，密歇根大學的研究人員公布了他們的最新科研成果。在機械工程副教授Chinedum Okwudire的帶領(lǐng)下，開發(fā)了一種可將3D打印機激光器引導至最佳掃描順序以減少翹曲變形的軟件。

△密歇根大學開發(fā)一款軟件，可以減少金屬3D打印產(chǎn)生的翹曲，詳細內(nèi)容可觀看視頻。視頻來自密歇根大學

激光粉末床融合3D打印通常用于制造過于復雜而無法使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的零件。它通過使用激光融合粉末金屬或塑料層來工作。然而，激光產(chǎn)生的熱量會導致3D打印的精密部件變形和其他缺陷。

Chinedum說道：“對于非常薄的零件，這個問題會變得更加嚴重。熱量無法有效傳播，所以你需要想辦法解決激光問題，否則你的零件會以非常奇怪的方式變形。”

SmartScan通過分析熱量如何在零件內(nèi)傳播，并映射優(yōu)化的掃描順序策略，控制特定區(qū)域的熱量積聚。它監(jiān)測零件的形狀以及材料的熱性能，例如傳導和對流熱傳遞。

許多人嘗試了不同的打印模式，以最大限度地減少熱量積聚，例如從一個區(qū)域跳到另一個區(qū)域或交換水平和垂直掃描方向。但根據(jù)Okwudire的說法，SmartScan是第一個使用熱模型來引導激光更均勻地散發(fā)熱量的解決方案。

△3D金屬打印概念圖。圖片來源Shutterstock

SmartScan，使變形減少了47%
這款名為SmartScan的軟件，根據(jù)他們的數(shù)據(jù)反饋，顯示熱量分布提高了41%，變形減少了47%。此外，它還可能通過兩種方式加快生產(chǎn)過程：最大限度地減少打印機冷卻時間，以及減少打印后的缺陷處理。

該團隊還使用激光在兩塊不銹鋼板上打印相同的圖案進行測試，第一版他們使用SmartScan，第二版采用無軟件輔助。與其他技術(shù)相比，SmartScan打印件在打標過程中的翹曲程度始終較低，并且熱量分布更加一致。

研究人員還認為，通過更多的研究還會持續(xù)開發(fā)新功能。他們計劃通過在熱建模中加入金屬或塑料粉末熔合來改進軟件，并允許在打印過程中根據(jù)紅外攝像機實時溫度測量值進行主動掃描策略更新，實現(xiàn)實時反饋！

Chinedum 說：“當您將科學融入其中時，你可以以一種更好的方式來完成它，并且甚至適用于最復雜的部分。”

SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing (DOI: 10.1016/j.addma.2022.102643)

SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing (DOI: 10.1016/j.addma.2022.102643)