頂刊《PMS》增材制造多孔金屬材料的性能及應(yīng)用綜述(2)
圖8 具有晶格結(jié)構(gòu)的示范性 Ti6Al4V 生物醫(yī)學(xué)植入物；(AI) 通過 EB-PBF 制造的菱形十二面體元網(wǎng)狀網(wǎng)狀顱骨置換原型，(A.II) L-PBF 多孔股骨；(BI) 混合骨盆帶，通過 EB 制造的右風(fēng)髂骨置換植入物-PBF 并適合骨骼模型，由中國沉陽金屬研究所 (IMR) 的 SJ Li 博士提供，（B.II）混合髖關(guān)節(jié)植入物，在一個(gè)單件與合理設(shè)計(jì)的多孔質(zhì)部聯(lián)合收割機(jī)實(shí)心區(qū)域在一個(gè)單步制造的添加劑的制造過程； (C) 通過 L-PBF 制造的幾何優(yōu)化和功能分級的晶格髖關(guān)節(jié)植入物是全實(shí)心植入物的 41.9% 。
圖10(A) 晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的流程圖；(B) Ti6Al4V 枕式支架設(shè)計(jì)的說明性步驟。
圖11 (A)加入蜂窩晶格的AM汽油活塞和銷的剖面圖，質(zhì)量減少了 25%，并改善了關(guān)鍵區(qū)域的冷卻（由 IAV 汽車工程提供）；(B)通過 L-PBF 制造的用于井下應(yīng)用的石油和天然氣Inconel 718 組件，質(zhì)量減少 42.4%。該組件通過使用兩個(gè)“蛇形”內(nèi)部通道在油井上下泵送流體，設(shè)計(jì)的組件直徑為 81.3 毫米，高度為 135.9 毫米；(C) 由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 輕型格架支架在實(shí)驗(yàn)車輛中實(shí)施； (D) 具有通過 L-PBF 制造的晶格芯的賽車氣缸蓋的輕量化設(shè)計(jì)，重量減輕 63%，內(nèi)部冷卻表面大 11 倍以上（由SLM Solutions公司提供），頂部和底部圖像代表傳統(tǒng)和輕量級設(shè)計(jì)；(E) 鈦航空支架由 Materialise 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，重量減輕 63%，由 GE 航空制造，用于航空航天應(yīng)用；(F) 雷尼紹蜘蛛支架于 2017 年首次展示，由 L-PBF 在 Ti6Al4V 中制造。
圖14 TPMS 陀螺受壓破壞機(jī)制的差異：(a) 壁斷裂和對角線或剪切破壞帶，(b) 壁折疊和分層倒塌也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膨脹。
圖18 熱管理應(yīng)用設(shè)計(jì)中涉及的晶格結(jié)構(gòu)示例。更詳細(xì)地說，由Inconel 718 通過 L-PBF 制造的帶有晶格壁的整體推力室旨在增強(qiáng)流體傳輸，同時(shí)充當(dāng)冷卻系統(tǒng)（由Cellcore 和SLM Solutions 實(shí)現(xiàn)），一種拓?fù)鋬?yōu)化的晶格散熱器裝置，可保證流動(dòng)再循環(huán)（由普渡大學(xué)實(shí)現(xiàn)），一種填充三重周期最小表面晶格的熱交換器，用于航空渦輪機(jī)（由nTopology 實(shí)現(xiàn)））；B) 適用于電子應(yīng)用的散熱器采用的 TPMS 結(jié)構(gòu)的其他示例（由nTopology實(shí)現(xiàn)）；C)用于 F1賽車的超輕鋁合金AM熱交換器（由Betatype和Progressive Technologies實(shí)現(xiàn)）。
除了屬性應(yīng)用空間之外，該綜述論文還概述了金屬晶格結(jié)構(gòu)的制造挑戰(zhàn)，為設(shè)計(jì)和制造工程師提供了全面的資源，激發(fā)并進(jìn)一步推動(dòng)利用這些類型的結(jié)構(gòu)制造各種新零件和產(chǎn)品的新進(jìn)展的應(yīng)用領(lǐng)域。
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