比利时鲁汶大学用3DXpert软件使金属增材制造研究步入新台阶

| 3DScienceValley · 2020/04/07

世界领先的增材制造学术机构与3D Systems携手合作支持增材制造软件和3D打印技术的研究和教育。

I 难题
搭建引领金属增材制造研究和教育的设施

I 解决方案
3D Systems 3DXpert™一站式AM集成软件和ProX®DMP 320金属3D打印机

I 结果

高精准的3D打印
能够完全控制增材制造流程（包括激光参数和打印策略），不断探索新技术，解决出现的问题
采用一站式灵活软件方案，为从CAD到后处理的各种增材制造研究需求提供支持

比利时鲁汶天主教大学（以下简称为KU Leuven 鲁汶大学）在增材制造研究方面拥有近30年的经验，是全球领先的增材制造学术机构之一。

鲁汶大学增材制造研究小组由鲁汶大学机械制造系教授 Ir. Ing. Brecht Van Hooreweder领导，他正在开展与激光增材制造相关的不同领域的研究活动，包括：

扩充增材制造材料库，包括陶瓷、铝和生物材料；
通过分析微观结构、纹路、孔隙度和热应力，研究与静态和动态机械特性相关的工艺条件；
优化软硬件的机械设计和工艺；
增强对X光CT、进程监控和后处理的质量控制。

为进一步支持研究活动的开展，增材制造研究小组专门建立了一间实验室，配备了增材制造硬件（包括3D打印机、后处理设备、寿命测试设备、测量设备、粉末生产设备）和软件解决方案，这些软硬件有些由供应商提供，有些则是其自行研发出来的。

开发下一代增材制造技术

鲁汶大学已与3D Systems密切合作了多年。鲁汶大学增材制造研究小组利用3DXpert教育版和ProX DMP 320金属打印机针对增材制造的打印准备、优化、制造和控制开展大量研究项目。此外，鲁汶大学和3D Systems也在精密金属增材制造（PAM2）欧洲项目方面开展合作。来自鲁汶大学的博士研究人员在3D Systems鲁汶技术中心完成训练和实习。

鲁汶大学的研究人员高度重视与3D Systems合作过程中积累的行业经验，也高度重视3DXpert在整个制造流程中提供的帮助，帮助他们增强和优化增材制造流程。

“我最为欣赏的是3DXpert能够灵活整合所有增材制造流程，包括从设计到制造的所有流程，”Ing. Jitka Metelkova说道，他是PAM2项目的初级研究院、增材制造工程师和玛丽居里博士后。“要用到CAD工具进行设计工作时，设置扫描策略和激光参数时，或考虑气体流动时，我们会把所有需求整合到同一个软件平台中，这样就没必要使用其它软件解决方案了。”

“在研究中我们大多数时候都使用钢合金和钛合金，ProX DMP 320低氧含量有助于提供可重复的高质量零部件，” PAM²项目协调员Ir. Ann Witvrouw博士说道。

“将3DXpert软件和ProX DMP 320打印机结合起来使用，能够很好地达到我们的研发目标，那就是为整个金属增材制造流程寻找一个综合解决方案。在此之前，我们必须使用独立的软件和硬件产品，造成工作流程大大复杂化，甚至有些重要的流程根本无法实现。”Ir. Ing. Van Hooreweder教授说道，“我们对3DXpert软件和ProX DMP 320打印机的表现很满意，也很高兴能够与3D Systems开展合作研究工作。”

Ir. Ing. Van Hooreweder教授表示，“ 将3DXpert软件和ProX DMP 320打印机结合起来使用，能够很好地达到我们的研发目标，那就是为整个金属增材制造流程寻找一个综合解决方案。”

优化新材料的流程参数

根据PAM²项目框架，鲁汶大学使用ProX DMP 320打印机处理了两种不同的马氏体时效钢粉末（等级300）。他们使用3DXpert软件开展参数研究，为两类粉末开发出最佳参数集，以便同时确保较高的密度和较低的表面粗糙度。

混合增减材制造测试

鲁汶大学正在对一种新的3D打印混合方法进行测试，该方法将连续波激光与脉冲波激光结合，以便有选择性地去除零部件顶面的材料。

“3DXpert使得我们能够生成复杂的扫描策略，例如多面扫描，这是非常有帮助的，使得我们能够完成先前无法完成的任务或者必须手工完成的任务，”Jitka Metelkova说道。

定制支架设计

为研究增材制造得出的Ti6Al4V 支架的复杂载荷条件，来自鲁汶大学的研究人员使用3DXpert软件设计了一种网格结构的新型样品几何体。鲁汶大学研究人员成功使用全新的支架几何体，孔隙梯度介于实体末端和支架中间部分，以便进行准静态拉伸测试、拉-拉测试、拉-压测试和压-压疲劳测试。研究结果发表在Nature出版集团旗下刊物《科学报告》（Scientific Reports ），文章名为“增材制造得出的Ti6Al4V 支架在拉-拉、拉-压和压压疲劳载荷条件下的疲劳寿命”。
“我们很高兴现在能够快速灵活地生产出所需的定制支架，正如本例中的疲劳样品所示，显示了很好的孔隙梯度。它帮助我们加快研究，得出想要的结构，很好地反映了我们已获得的知识，”Jitka Metelkova说道。