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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(hào)的金屬粉末，多數(shù)時(shí)候不得不使用異種材料原位替換件。此外，受有限檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)時(shí)間的影響，要求替換件的功能、性能要與原件保持一致。而拓?fù)鋬?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(jì)與增材制造裝備技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心針對(duì)異種材料原位替換件，提出增材制造損壞替換件拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，并以機(jī)用散熱風(fēng)扇為例開(kāi)展應(yīng)用研究，形成研究成果《增材制造損壞替換件拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法》，發(fā)表在《航空工程進(jìn)展》2024年第15卷第1期。

在本研究中，研究人員以某機(jī)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(jì)要求并構(gòu)建拓?fù)鋬?yōu)化列式，基于密度變量法對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行靈敏度分析推導(dǎo)。根據(jù)工程實(shí)際建立散熱風(fēng)扇優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，基于異種材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果開(kāi)展模型重構(gòu)并進(jìn)行力學(xué)性能校核，并對(duì)重構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行打印加工驗(yàn)證。最終，替換件設(shè)計(jì)方案達(dá)到了散熱風(fēng)扇總質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基本保持不變且滿(mǎn)足材料剛度和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。因此得出結(jié)論：在異種材料增材制造損壞替換件拓?fù)鋬?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(dòng)，即區(qū)間約束，能夠有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

鉑力特為此次研究提供了設(shè)備與技術(shù)支持。試驗(yàn)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(jìn)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(jì)問(wèn)題與課題組進(jìn)行探討，并提供成形工藝參數(shù)建議，協(xié)助客戶(hù)圓滿(mǎn)完成樣件加工，確保試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

利用BLT-S310設(shè)備打印的散熱葉片

多年來(lái)，鉑力特致力于與眾多高校及科研院所開(kāi)展試驗(yàn)，推動(dòng)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(guó)科學(xué)院等高校及科研機(jī)構(gòu)用戶(hù)在航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)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(xiàng)研究成果。