在由南极熊和泰思肯TESCAN主办的“金属3D打印技术研究进展及动力学性能检测”线上研讨会中,泰思肯TESCAN携其“实时动态的黑科技”登场,华中科技大学张海鸥教授、北京工业大学张冬云教授、TESCAN micro CT中国区产品经理孟方礼带来了精彩的线上主题演讲。如果错过了大咖直播,下面跟着小编来回顾下精彩内容:
【直播内容】
金属微锻铸复合智能制造技术发明人:张海鸥教授;其报告的主题是“高端锻件增等减材复合超短流程制造技术与装备”。
据张教授介绍,目前国家急需的大飞机、航空发动机等高端装备依赖进口,必须自主研发大型复杂高端锻件核心制造技术与装备。而且,传统的锻造技术存在很多的局限性,比如流程与周期长、大装备小锻件、性能质量不均、产品适应性差等。
在这些背景之下,张海鸥教授创立微铸锻同步超短流程制造技术体系及装备,包含四大发明点:
熔凝维区增等减同步成形方法;
均匀等轴细晶强韧化技术;
难成形材料多能场复合成形技术;
微铸锻超短流程绿色制造装备。
在装备方面,实现了仅用传统8万吨锻机数万分之一压力直接获锻造零件;制造时间减少1/2-2/3;可锻锻件面积增加3倍;材料利用率提高2.6倍;节能80~90%,碳排放降低90~93%。实现单设备超短流程制造大型复杂锻件的原始创新。
目前,张海鸥教授团队通过微铸锻复合超短流程制造技术生产的钛合金TC4-DT、高温合金GH4169、超高强钢A-100的各方面性能已经全面超越锻件。
张冬云教授
来自北京工业大学的张冬云教授为我们带来了题为“SLM制造的点阵结构性能影响因素研究及进展”的报告。
张冬云教授对点阵结构进行了概述,目前的点阵结构主要包含三种类型:基于支柱的点阵结构、基于骨架的点阵结构、板状三周期极小曲面点阵结构;上述三种点阵大多由三角形、菱形、六角菱形、菱形十二面体和十四面体等基础单元构成的周期性结构。
之后对多孔结构进行了概述,多孔结构具有高比强度、高比刚度、轻量化、吸能、结构复杂等特点,可以用于航空、航天、汽车、医疗等领域,对于多孔结构的研究主要集中在力学性能、变形失效等方面。
目前,张冬云教授课题组主要研究了三种多孔结构,包括菱形十二面体结构、体心结构和拓扑优化多孔结构。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%)的样品,并进行了力学性能测试,测试结果显示,在相同胞元尺寸条件下,力学性能随孔隙率的上升而下降。在压缩过程中,多孔点阵机构的能量吸收由其抗压强度、平台应力及致密化应变共同决定。此外,张冬云教授还对菱形十二面体(Ti6Al4V)均匀结构、梯度结构以及连续梯度结构进行了对比测试。
对TC4材料打印的体心点阵结构进行压缩性能测试,结果显示同胞元尺寸点阵结构抗压强度、压缩模量以及平台阶段强度随相对密度增加而增加。平台阶段起伏程度随着压缩应变的增大逐渐减小。AlSi10Mg材料打印的体心点阵结构测试结果相近,但在平台阶段起伏程度大且剧烈。
最后,张冬云教授对课题组自己设计的一种3D打印拓扑优化多孔结构性能进行了研究。并在报告中介绍了大量点阵结构、多孔结构的设计思路、测试数据及研究结论;并表示有些检测行为通过模拟软件无法精确呈现。如通过实时动态显微CT做原位观察,特别是对缺陷观察,以及缺陷对性能的影响相关研究非常重要!
研讨会第三位报告人是来自TESCAN micro CT中国区产品经理孟方礼,孟经理介绍了目前唯一一款可用于实验室的实时动态断层扫描技术,并将实时动态4D扫描与延时4D扫描进行了对比。
为观众展示了3D打印零部件原位压缩实验的实时动态变化过程。并在1mm/min,最大载荷1,000N的条件下,使用人体椎体和3D打印椎间融合器来展示了实际的压缩案例。实时动态CT旋转一周的时间为43秒,在实验过程中不会有应力弛豫现象。
孟经理表示,一旦能实现实时观察动态连续的原位过程,这种原位力学分析的结果,会更精确。此外,TESCAN的实时动态CT还可以用于泡沫金属的压缩检测,并列举了实际的案例,样品尺寸为20mm×22mm,总压缩位移为7mm。展示了实时动态CT扫描在科研工作中的显著优势。
目泰思肯TESCAN检测设备已经在国内顶尖高科技企业及高校投入使用,实时动态显微CT,能够在原位实验过程中收集具有高时间分辨率,且不间断的3D数据,可以看清增材制造零件中常见的复杂和错综复杂的几何形状,观察在力学加载、高温以及气氛等条件下材料内部结构的变化,这将使研究人员更完整并更准确地理解材料在真实环境下的内部行为表现,有助于更多具有优异性能的新材料开发研究。