減少金屬3D列印熱變形之新技術

 

刊登日期:2021/12/9
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早稻田大學開發出減少金屬3D列印時產生熱變形的技術。金屬3D列印做為次世代加工技術備受注目,但熱變形導致翹曲一直是個待解課題。目前常用的金屬積層製造法中的雷射粉末床熔融法(Powder Bed Fusion)-來說,係以雷射熔融、凝固一層薄薄的金屬粉,重複操作之後形成3D構造。而此步驟中,溶融凝固的部位會產生大幅度的收縮應變,便是導致翹曲的主因。

為了計算金屬3D列印熱變形的近似值,原本用於造船領域的固有應變法被提出來應用並加以改造。這次研發中,以格狀構造的最佳化為前提,重新開發出以遞迴關係式(Recurrence Relation)來呈現的簡單固有應變法。此外,還運用位相幾何學(Topology)的最佳化演算法,以減少熱變形為目的,開發出決定最佳的格狀結構鬆緊分佈的手法。

研發團隊在對象品內部製作出中空的格狀構造(Lattice),減緩金屬3D列印時的熱變形。基本上只要讓內部不要太過緊密便可減緩變形,只是格狀構造帶來的減緩效果更佳。經實測,格狀構造均一的實品與格狀構造經過最佳化設計的實品相比,後者的翹曲更是大幅度減少。

傳統上減少熱變形的代表性技術有兩種,一是製造時預先加熱以減少熔融時與冷卻時溫差的硬體手法,二則是雷射掃描路徑最佳化的工程手法。傳統的兩手法與這次新開發的手法截然不同,併用之下可望有更優異的熱變形減少效果。


資料來源: https://www.waseda.jp/top/news/76555
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