在航空航天領(lǐng)域，零部件的應(yīng)急保障、修復(fù)和替換是增材制造的重要應(yīng)用方向。在此應(yīng)用背景下，通常難以配備多種不同牌號的金屬粉末，多數(shù)時候不得不使用異種材料原位替換件。此外，受有限檢測設(shè)備和檢測時間的影響，要求替換件的功能、性能要與原件保持一致。而拓撲優(yōu)化技術(shù)與增材制造技術(shù)結(jié)合，可以發(fā)揮材料與結(jié)構(gòu)的承載潛力，為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)輕量化、高性能的發(fā)展提供有效途徑。
西北工業(yè)大學(xué)航宇材料一體化設(shè)計與增材制造裝備技術(shù)國際聯(lián)合研究中心針對異種材料原位替換件，提出增材制造損壞替換件拓撲優(yōu)化設(shè)計方法，并以機用散熱風(fēng)扇為例開展應(yīng)用研究，形成研究成果《增材制造損壞替換件拓撲優(yōu)化設(shè)計方法》，發(fā)表在《航空工程進展》2024年第15卷第1期。
在本研究中，研究人員以某機用散熱風(fēng)扇為例，在分析散熱風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、性能、服役環(huán)境等基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化設(shè)計要求并構(gòu)建拓撲優(yōu)化列式，基于密度變量法對優(yōu)化問題進行靈敏度分析推導(dǎo)。根據(jù)工程實際建立散熱風(fēng)扇優(yōu)化設(shè)計模型，基于異種材料拓撲優(yōu)化設(shè)計結(jié)果開展模型重構(gòu)并進行力學(xué)性能校核，并對重構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案進行打印加工驗證。最終，替換件設(shè)計方案達到了散熱風(fēng)扇總質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量基本保持不變且滿足材料剛度和強度的設(shè)計要求。因此得出結(jié)論：在異種材料增材制造損壞替換件拓撲優(yōu)化中將約束定義為在原件相關(guān)數(shù)據(jù)附近小幅波動，即區(qū)間約束，能夠有效實現(xiàn)設(shè)計意圖。
鉑力特為此次研究提供了設(shè)備與技術(shù)支持。試驗所用的散熱風(fēng)扇替換件重構(gòu)模型由合肥中科重明科技有限公司利用鉑力特BLT-S310設(shè)備進行打印。鉑力特與課題組積極溝通，根據(jù)研究需要多次就葉片的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題與課題組進行探討，并提供成形工藝參數(shù)建議，協(xié)助客戶圓滿完成樣件加工，保證試驗的正常進行。
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利用BLT-S310設(shè)備打印的散熱葉片
多年來，鉑力特致力于與眾多高校及科研院所開展試驗合作，推動金屬3D打印技術(shù)的前沿研究以及其在工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。截止目前，鉑力特已支持清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院等高校及科研機構(gòu)用戶在航空航天、醫(yī)療、汽車等應(yīng)用領(lǐng)域，新材料、新結(jié)構(gòu)、新應(yīng)用等方面形成了多項研究成果。
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