匹茲堡大學在開發增材制造快速計算建模方法
隨著增材制造(AM)或3D打印技術變得越來越普遍，研究人員和行業都在尋求減少在制造復雜幾何形狀時其內部固有的變形和應力。比如，來自匹茲堡大學Swanson工程學院和匹茲堡當地制造商Aerotech的科學家們就在最近獲得了美國國家科學基金會(NSF)35萬美元的資金，以資助他們通過開發針對增材制造的快速計算建模方法來解決這些問題。
失敗的金屬3D打印部件
據了解，該研究團隊的項目名稱是：“解決金屬增材制造關鍵設計優化問題的全新計算方法(Novel Computational Approaches to Address Key Design Optimization Issues for Metal Additive Manufacturing)”，為期三年，參與人員包括副教授、首席研究員 Albert To、Sangyeop Lee博士和兼職副教授Stephen Ludwick等，而Aerotech公司通過提供設計和評估來與匹茲堡大學合作。據悉，該團隊的研究實際上是之前的一個資助項目——賓夕法尼亞州先進制造研究項目(RAMP)的一個延伸。
“通過增材制造創建復雜幾何形狀既有巨大的好處也面臨著重大的挑戰。”To博士說。“通過優化設計來彌補殘余變形、殘余應力和后加工需求可以為這些零件節省幾天甚至幾個月的時間。”
為了減輕這些挑戰，To博士和他的團隊將首先發展一個簡單但很準確的熱力學模型以預測增材制造部件中的殘余應力和變形。接下來，他們將開發出一拓撲優化方法，該方法能夠生成自由形式的曲面和易于加工的曲面。To博士稱，這將彌補增材制造部件的幾何復雜性和有機性，有助于他們解決可能的失真和后加工問題。這些方法然后會通過真實零部件和Aerotech公司提供的設計要求來測試。
失敗的金屬3D打印部件
Aerotech公司的Stephen Ludwick預計，“通過這種協作開發的工具將使我們能夠在將試錯和返工降至最低的情況下通過增材制造產生出復雜的零件。這反過來使得我們能夠為自己的高速運動系統制造出堅硬而輕量化的部件，同時也可以被其它公司用于先進制造。”
“通過利用先進的機械理論，能夠將增材制造部件的設計優化減少到幾分鐘，從而大幅縮減設計周期。”To博士說：“這會導致美國制造業更加廣泛地采用增材制造，并進一步提高增材制造工藝的經濟可持續性。”
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