仿真驅動的優化設計,安世亞太金屬3D列印賦能航空航天高附加值創造

2020-12-17 3DScienceValley

增材製造-3D列印,可以實現傳統製造手段無法製造的設計,如複雜輕量化結構、點陣結構設計、多零件融合一體化製造,從而為中國各行業發展帶來新的契機。在各行業中,航空航天製造領域作為裝備製造業最高技術水平的代表,是最早受益於增材製造技術的領域。

安世亞太作為我國工業企業研發信息化領域的領先企業,提出基於增材思維的先進設計和智能製造解決方案,為設計製造一體化提供可落地實施的方案。

而基於粉末床雷射熔化的金屬3D列印增材製造解決方案,是其中的重要一環。安世亞太圍繞著粉末床金屬3D列印技術,通過增材思維的先進設計、3D列印設備、智能製造解決方案,賦能我國航空航天領域的高附加值製造。

賦能航空航天附加值創造

安世亞太航空航天金屬增材製造解決方案,已在實踐中得到了應用。3D科學谷在此分享一個在航空發動機/燃氣渦輪領域的增材製造案例。

增材製造微型燃氣渦輪發動機。來源:安世亞太

微型燃氣渦輪發動機的零部件結構複雜且微型化,該領域仍需依賴國外的產品和技術。安世亞太聯合深圳意動航空科技有限公司取得了微型燃氣渦輪發動機增材製造的突破。

安世亞太聯合深圳意動航空科技有限公司成功開發了兩款全3D列印微型渦噴發動機,10kg級推力的NK-10和50kg級推力的NK-50。2018年已完成1200℃以上超溫試驗,各項指標滿足設計要求,試驗中最高轉速高於14萬rpm,為全3D列印旋轉渦輪高溫點火實驗。

NK10和NK50 兩款微型渦噴發動機在多處關鍵零部件結構設計方面融入了增材設計的概念,減少了發動機零件數量,降低了發動機的整體重量,增加了部分結構件的強度,實現更低成本、更優性能、更長壽命的目標,是滿足先進低成本微小型空中武器系統推進動力和車船混合動力以及增程動力需求的先進動力裝置。

安世亞太已圍繞著「基於增材思維的先進設計和智能製造解決方案,為設計製造一體化提供可落地實施的方案」的核心戰略,推出了一系列單構、混構金屬列印設備,並通過不斷的更新迭代,從精度、效率、成型尺寸、控制系統、軟體等多個維度進行優化,使其能夠更好地滿足用戶需求。

在以上應用中,NK10和NK50 微型渦噴發動機的所有零件均由安世亞太新一代選區雷射熔化3D列印設備DLM-280 製造,該設備作為是安世亞太賦能航空航天製造高附加值製造的一環,具有如下特點:

選區雷射熔化3D列印設備DLM-280。來源:安世亞太

高精度高效率

安世亞太新一代3D列印金屬機DLM-280基於SLM技術(選擇性雷射熔化技術),列印尺寸為280*280*330mm,擁有頂尖的軟硬體配置。硬體方面採用全球最大光纖雷射器製造商IPG旗下的500W光纖雷射器,掃描振鏡和動態變焦裝置來自全球頂尖雷射配件製造商Scanlab,穩定的硬體配置保證了卓越的列印精度和效率。

軟體方面採用Materialise官方授權的Magics數字處理軟體和Materialise Build Processor加工處理軟體,並搭配德迪自主研發的Apro控制系統,擁有強大的數據處理能力、運動控制能力和兼容能力,性價比極高。

此外,DLM-280還採用了安全自動化領域領頭企業Pilz的可編程安全系統,避免設備運行過程中的可能發生問題的潛在危險,確保人、設備和環境安全的前提下實現金屬零件的列印。

仿真驅動的優化設計

DLM-280主機的整體框架結構、成型倉結構、鋪粉裝置、惰性氣體置換系統、氣道位置等均經過多次模擬仿真優化。經優化後的DLM-280整體結構更為合理,設備運行情況、列印效率、列印質量等均有所提升。

標定一致,優質可靠

在整個列印系統中,各系統及金屬粉末材料的狀態在每次列印作業前均與預設標定保持一致。此外,在列印作業中,控制系統將對偏離預設標定參數的情況實時調整和補償,以確保金屬零件的成功列印和質量一致。

高度開源

DLM-280在標準系統的基礎上為用戶提供了完全開放的列印工藝,用戶可通過調整工藝參數適配自有材料或新型材料,做到真正的「專機專用」。

質量可控

安世亞太利用數字孿生和模擬仿真建立虛擬(數位化)列印系統,可模擬DLM-280真實樣件生產過程,提前預判可能出現的問題,並對其進行優化。

材料多樣化

DLM-280支持多種鐵基、鎳基、鈦基、鋁基等自有金屬粉末材料和第三方金屬粉末材料,並提供自由金屬粉末材料相應的材料參數包,以滿足不同的研發需求和產品需求。

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