SLM制造(zao)MTS高溫拉(la)伸夾(jia)具(ju)_上(shang)海(hai)荷效(xiao)壹(yi)供(gong)

SLM制造(zao)MTS高溫拉(la)伸夾(jia)具(ju)

SLM金(jin)屬(shu)打印(yin)技(ji)術作(zuo)為(wei)壹(yi)項(xiang)關鍵的3D打印(yin)技(ji)術，持續獲得科研(yan)界(jie)和(he)工(gong)業(ye)界(jie)的(de)關(guan)註，目(mu)前在(zai)國(guo)內(nei)，傳統(tong)制造(zao)企(qi)業(ye)正開始主動(dong)接觸(chu)這項(xiang)技術。相(xiang)較於國(guo)內(nei)的遲(chi)緩，國(guo)外還是(shi)要(yao)超前壹些(xie)。

由於壹些(xie)特(te)殊行(xing)業(ye)對材(cai)料(liao)超(chao)高溫情(qing)況(kuang)下的(de)力學(xue)性(xing)能(neng)有(you)較高的要(yao)求，現(xian)有(you)的(de)拉(la)伸試(shi)驗(yan)機夾(jia)具(ju)多(duo)由金屬材料(liao)壓(ya)力加(jia)工而(er)成，在(zai)高溫加(jia)壓過(guo)程中會過早出(chu)現(xian)屈(qu)服(fu)失效(xiao)的(de)現(xian)象(xiang)。例如(ru)，在(zai)測量IN718合金的(de)高溫蠕(ru)變(bian)性(xing)能(neng)（700℃）時，標(biao)準(zhun)鋼(gang)夾具(ju)很(hen)容(rong)易斷(duan)裂(lie)；再者(zhe)，不(bu)穩(wen)定(ding)的夾具(ju)在(zai)進(jin)行(xing)性(xing)能(neng)測試(shi)時，數據的準(zhun)確(que)性(xing)和(he)壹(yi)致(zhi)性(xing)也(ye)無法(fa)保(bao)證(zheng)，這(zhe)對於(yu)本(ben)就(jiu)存在(zai)壹致(zhi)性(xing)風(feng)險的(de)3D打印(yin)零件(jian)測試(shi)，更是雪上加(jia)霜(shuang)。

       為(wei)了(le)準(zhun)確量化性(xing)能(neng)，美國(guo)空(kong)軍技(ji)術學院（AFIT）的(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)對MTS夾(jia)具(ju)進(jin)行(xing)了重(zhong)新設(she)計，並利(li)用SLM技(ji)術制造(zao)，使(shi)其(qi)具(ju)有(you)了(le)更高的熱(re)轉(zhuan)換率(lv)，減小了(le)高溫蠕(ru)變(bian)過程中夾具(ju)的(de)熱(re)應力(li)，從而降(jiang)低(di)了夾(jia)具(ju)開(kai)裂(lie)的(de)概率。

MTS夾具(ju)優(you)化設計(ji)
       3D打印(yin)在(zai)制造(zao)具(ju)有(you)復雜內部結(jie)構的(de)零件(jian)方面(mian)具(ju)有(you)優(you)勢，這(zhe)種(zhong)優(you)勢(shi)不(bu)僅可(ke)以(yi)用(yong)在(zai)隨(sui)形冷(leng)卻(que)水(shui)路模(mo)具(ju)的(de)制造(zao)方(fang)面(mian)，同(tong)時也可(ke)用(yong)來制造(zao)具(ju)有(you)冷(leng)卻(que)流(liu)道(dao)的(de)夾(jia)具(ju)。

CFD模(mo)擬(ni)散熱(re)

為(wei)了(le)對比(bi)3D打印(yin)和(he)傳統(tong)制造(zao)的(de)MTS夾(jia)具(ju)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)對此(ci)進(jin)行(xing)了仿(fang)真。將兩種模(mo)型(xing)零件(jian)導入(ru)ANSYS Fluent軟件(jian)，進(jin)行(xing)基於(yu)動(dong)量、能(neng)量和(he)連(lian)續性(xing)方(fang)程額(e)系(xi)統焓(han)值(zhi)計算，總(zong)焓(han)值(zhi)的變(bian)化即(ji)為(wei)系(xi)統的(de)散熱(re)效(xiao)果(guo)。

通(tong)過(guo)比(bi)較兩種模(mo)型(xing)的溫度分(fen)布情(qing)況(kuang)，發現(xian)3D打印(yin)的(de)MTS夾具(ju)的(de)焓(han)值(zhi)變(bian)化更高，是傳統(tong)工藝(yi)夾具(ju)的(de)2.87倍(bei)，溫度分(fen)布也更為(wei)均(jun)勻(yun)。

MTS夾具(ju)制造(zao)

模(mo)型(xing)留有(you)4mm的(de)余(yu)量，用(yong)於(yu)補(bu)償(chang)與(yu)基板(ban)分(fen)離(li)時的偏差(cha)，基板(ban)材(cai)料(liao)為(wei)鋼(gang)。打印(yin)采(cai)用孤島掃(sao)描策(ce)略(lve)，後(hou)處理過程(cheng)包(bao)括線切割，表(biao)面(mian)磨(mo)削，以及(ji)關鍵(jian)位置(zhi)的鉆孔等(deng)。

實驗(yan)測試

AFIT研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)將SLM成形的(de)MTS夾具(ju)安(an)裝(zhuang)於(yu)22 KIP 810 MTS®，去離(li)子(zi)水(shui)作(zuo)為(wei)冷(leng)卻(que)劑(ji)，流(liu)速為(wei)13.5mL/sec，冷(leng)卻(que)劑(ji)溫度為(wei)22℃，夾(jia)緊(jin)壓力(li)為(wei)6.8 MPa，拉(la)力為(wei)1000N，蠕(ru)變(bian)溫度為(wei)700℃。在(zai)蠕(ru)變(bian)測試過(guo)程中，金屬夾(jia)具(ju)表(biao)面(mian)塗(tu)覆Aeroglaze Z306，FLIR® SC7650紅外攝像機被(bei)用於(yu)監測3D打印(yin)夾(jia)具(ju)和(he)傳統(tong)制造(zao)夾(jia)具(ju)的(de)熱(re)圖像(xiang)。

結(jie)果(guo)顯(xian)示，3D打印(yin)成形的(de)夾具(ju)具(ju)有(you)更好的(de)熱(re)轉(zhuan)換效(xiao)果(guo)，傳統(tong)工藝(yi)制造(zao)的(de)夾(jia)具(ju)冷(leng)卻(que)過(guo)程中，平均溫度為(wei)31.7℃，而(er)3D打印(yin)的(de)只(zhi)有(you)27.7℃。

總(zong)結(jie)

金屬3D打印(yin)隨(sui)形冷(leng)卻(que)水(shui)路，為(wei)模(mo)具(ju)提(ti)供(gong)了更廣(guang)闊的(de)設計(ji)空(kong)間，同時這種優(you)勢(shi)也(ye)可(ke)應用(yong)到其他(ta)領域。AFIT研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)利(li)用SLM制造(zao)的(de)IN 718 MST夾(jia)具(ju)，在(zai)高溫蠕(ru)變(bian)測試中具(ju)有(you)很(hen)低(di)的熱(re)應力(li)，降低(di)了夾(jia)具(ju)在(zai)高溫和(he)壓(ya)力(li)環(huan)境(jing)下開裂的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。為(wei)進(jin)壹步(bu)提(ti)高冷(leng)卻(que)流(liu)道(dao)的(de)散(san)熱(re)能力，設計更為(wei)復雜的螺旋(xuan)流(liu)道(dao)，創(chuang)造(zao)湍(tuan)流(liu)環境(jing)，提(ti)高熱傳換(huan)效(xiao)率(lv)，這(zhe)種(zhong)設計也適用於(yu)其(qi)他類(lei)似應用(yong)。