仿真驱动的优化设计,安世亚太金属3D打印赋能航空航天高附加值创造

增材制造-3D打印,可以实现传统制造手段无法制造的设计,如复杂轻量化结构、点阵结构设计、多零件融合一体化制造,从而为中国各行业发展带来新的契机。在各行业中,航空航天制造领域作为装备制造业最高技术水平的代表,是最早受益于增材制造技术的领域。

安世亚太作为我国工业企业研发信息化领域的领先企业,提出基于正向设计的先进制造,为设计制造一体化提供可落地实施的方案。

而基于粉末床激光熔化的金属3D打印增材制造解决方案,是其中的重要一环。安世亚太围绕着粉末床金属3D打印技术,通过正向设计、3D打印设备、增材制造解决方案,赋能我国航空航天领域的高附加值制造。

block 赋能航空航天附加值创造

安世亚太航空航天金属增材制造解决方案,已在实践中得到了应用。3D科学谷在此分享一个在航空发动机/燃气涡轮领域的增材制造案例。

pera_1增材制造微型燃气涡轮发动机。来源:安世亚太

微型燃气涡轮发动机的零部件结构复杂且微型化,该领域仍需依赖国外的产品和技术。安世亚太联合深圳意动航空科技有限公司取得了微型燃气涡轮发动机增材制造的突破。

安世亚太联合深圳意动航空科技有限公司成功开发了两款全3D打印微型涡喷发动机,10kg级推力的NK-10和50kg级推力的NK-50。2018年已完成1200℃以上超温试验,各项指标满足设计要求,试验中最高转速高于14万rpm,为全3D打印旋转涡轮高温点火实验。

NK10和NK50 两款微型涡喷发动机在多处关键零部件结构设计方面融入了增材设计的概念,减少了发动机零件数量,降低了发动机的整体重量,增加了部分结构件的强度,实现更低成本、更优性能、更长寿命的目标,是满足先进低成本微小型空中武器系统推进动力和车船混合动力以及增程动力需求的先进动力装置。

安世亚太已围绕着“基于正向设计的先进制造,为设计制造一体化提供可落地实施的方案”的核心战略,推出了一系列单构、混构金属打印设备,并通过不断的更新迭代,从精度、效率、成型尺寸、控制系统、软件等多个维度进行优化,使其能够更好地满足用户需求。

在以上应用中,NK10和NK50 微型涡喷发动机的所有零件均由安世亚太新一代选区激光熔化3D打印设备DLM-280 制造,该设备作为是安世亚太赋能航空航天制造高附加值制造的一环,具有如下特点:

Pera_DLM-280选区激光熔化3D打印设备DLM-280。来源:安世亚太

 高精度高效率

安世亚太新一代3D打印金属机DLM-280基于SLM技术(选择性激光熔化技术),打印尺寸为280*280*330mm,拥有顶尖的软硬件配置。硬件方面采用全球最大光纤激光器制造商IPG旗下的500W光纤激光器,扫描振镜和动态变焦装置来自全球顶尖激光配件制造商Scanlab,稳定的硬件配置保证了卓越的打印精度和效率。

软件方面采用Materialise官方授权的Magics数字处理软件和Materialise Build Processor加工处理软件,并搭配德迪自主研发的Apro控制系统,拥有强大的数据处理能力、运动控制能力和兼容能力,性价比极高。

此外,DLM-280还采用了安全自动化领域领头企业Pilz的可编程安全系统,避免设备运行过程中的可能发生问题的潜在危险,确保人、设备和环境安全的前提下实现金属零件的打印。

仿真驱动的优化设计

DLM-280主机的整体框架结构、成型仓结构、铺粉装置、惰性气体置换系统、气道位置等均经过多次模拟仿真优化。经优化后的DLM-280整体结构更为合理,设备运行情况、打印效率、打印质量等均有所提升。

标定一致,优质可靠

在整个打印系统中,各系统及金属粉末材料的状态在每次打印作业前均与预设标定保持一致。此外,在打印作业中,控制系统将对偏离预设标定参数的情况实时调整和补偿,以确保金属零件的成功打印和质量一致。

高度开源

DLM-280在标准系统的基础上为用户提供了完全开放的打印工艺,用户可通过调整工艺参数适配自有材料或新型材料,做到真正的“专机专用”。

质量可控

安世亚太利用数字孪生和模拟仿真建立虚拟(数字化)打印系统,可模拟DLM-280真实样件生产过程,提前预判可能出现的问题,并对其进行优化。

材料多样化

DLM-280支持多种铁基、镍基、钛基、铝基等自有金属粉末材料和第三方金属粉末材料,并提供自由金属粉末材料相应的材料参数包,以满足不同的研发需求和产品需求。

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