“金属3D打印技术研究进展及动力学性能检测在3D打印中的应用”研讨会成功举办

2022年3月14日下午2点，由南极熊与TESCAN联合主办的“金属3D打印技术研究进展及动力学性能检测在3D打印中的应用”线上研讨会成功举办。本次研讨会邀请了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做线上主题演讲。

张海鸥教授报告的主题是“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。

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TESCAN公司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，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。

目前TESCAN检测设备已经在国内顶尖高科技企业及高校，可以有效助力相关尖端科研工作。

以上是本次研讨会的部分精彩内容，想关注更多3D打印研究进展，请关注南极熊后续活动。