Credit: Pixabay/ CC0公共领域3D打印机可能很快会更好地生产复杂的金属和塑料零件，这要归功于密歇根大学开发的新软件，该软件可以减少激光粉末床融合打印机中有害的热量积累。在最近的一项研究中，这款名为ed SmartScan的软件显示热量分布改善了41%，变形减少了47%。
它还可能在两个方面加快制造过程:通过减少打印机减速以帮助冷却的需要，以及通过显著减少打印后必须纠正的热引起的缺陷。
激光粉末床融合是一种3D打印形式，用于航空航天、汽车和生物医学行业，以制造传统制造方法无法制造的复杂零件。它使用激光将多层粉末状金属或塑料熔合在一起。但是激光的热量会积聚在被打印的精密零件上，导致变形和其他缺陷。
“对于非常薄的零件来说，这个问题变得更加严重，”U-M大学机械工程副教授、《增材制造》论文的通讯作者Chinedum Okwudire说。“热量没有太多的空间来传播，所以你需要聪明地移动激光，否则你的零件会以非常奇怪的方式变形。”
SmartScan通过考虑热量如何在给定零件内流动，并映射优化的扫描序列来限制给定区域内的热量累积，从而解决了这一问题。它分析零件的形状和所用材料的热特性，包括传导和对流传热。
鸣谢:密歇根大学该领域的其他人已经试验了不同的打印模式来减少热量积累，例如，从一个区域跳到另一个区域，或者在水平和垂直扫描方向之间交替。但Okwudire表示，SmartScan是第一个使用热模型来优化引导激光更均匀地分配热量的解决方案。
“当你把科学引入其中时，你可以用更好的方式来做，甚至对最复杂的部分也有效，”Okwudire说。
为了确定第一版SmartScan的有效性，研究人员使用激光在两块不锈钢板上压印出相同的图案。他们在第一版中使用了SmartScan工艺，在第二版中改用传统的印刷图案。与其他方法相比，使用SmartScan制作的印刷品在标记过程中的翘曲程度始终较小，并且显示出更均匀的热量分布。
根据实验结果，该团队相信，随着进一步的研究，他们将能够调整SmartScan来构建完整的3D部件。他们计划进一步改进软件，将金属或塑料粉末的熔化因素纳入其热建模，并在打印过程中根据使用红外摄像机实时观察的温度测量结果主动更新扫描序列。
“结果非常有希望，我们已经得到了很多积极的反馈，”Okwudire说，他已经开始向行业合作伙伴演示该软件。“我们选择了一个简单的模型，因为它有效，而且比现在使用的试错法更有效。我们希望专注于一个切实可行、真正有机会改变现状的方向。”
这项研究发表在《增材制造》杂志上。
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