【霍尔榜】30分钟增材技术现场答疑环节

霍尔榜讯：结构设计与仿真优化如何助力增材制造产品的迭代升级材制造技术如何为民用行业降本增效，为了将增材制造技术更好地推广向市场，我们还能做些什么期，季华实验室高超峰博士给我们分享了增材技术相关主题，之后30分钟增材技术现场答疑环节，由霍尔榜主持人开场去提出大家比较关注的一些话题，高博士在线解答，一起进入问答环节吧~

 

霍尔榜：

关于冰刀的材料是什么种类处理加工用的是磨削吗/strong>

季华实验室:

首先，冰刀的材料我们用的是AlSi10Mg合金，我们后期也尝试了一下高强合金。这个项目不是我们完全独立做的，是和合作方一起做的。我们主要是承担了防真优化和结构设计，冰刀机加工是由合作方做的，具体的加工方式我们没有去细细的了解。

霍尔榜：

前期设计才是制胜王道，在冰刀设计这块您这边有没有什么补充的呢/strong>

季华实验室:

首先要明确客户的需求，我们要得到一个完整的客户数据。就是我们运动员真正在比赛中，在高速滑行过程中的一个实际的工况。拿到工况后做进行受力分析，这样可以使得初始的仿真参数的输入更加准确。准确后我们建模，包括各种调参数才能更加的精准。不然前期输入是错的，最终仿真优化的输出肯定也是不准确的。所以，我们前期要把数据模型的输入给做好。同时，我们在调节具体参数的过程中，还是要稍微细致一点。比如网格的划分，受力的分析，应该更加细致一些，把模型做得更好，相对来说输出的结果会更加准确。

霍尔榜：

锥行流道是什么材料/strong>

季华实验室：

锥行流道也是铝合金做的，AlSi10Mg。

霍尔榜：

高博士，您提到的风场和激光作用对成形质量影响有多大/strong>

季华工作室：

这个其实是蛮大的，现在国内厂家都在做大设备，如果跟他们细细聊下来你会发现，他们都在强调风场的重要性。因为幅面大了之后，我们从吹风口到吸风口之间有很长的距离，激光扫的过程中，它有一些烟尘，有些溅射。如果我们不能及时地用风给带走，或者说带走的不均匀，都会导致成形的质量会发生变化。尤其是在不同的位置，这个变化一方面会稍微影响我们的致密度，致密度很大程度上也决定了我们这个力学性能，尤其是疲劳性能。

另外，它也会影响我们的表面质量，因为我们在研究工艺的过程中，我们自己也发现这个问题了。比如说，从靠近吹风口到靠近吸风口整个幅面上，我们可能靠近吹风口的部位，它不光是表面质量，包括致密度都会稍微好了那么一点点。但是靠近吸风口，远离吸风口那一块，它的表面质量都稍微差一点，这是我们在做大设备一个发现。所以说，风场是非常关键的，稳定性的风场对我们成形一致性，以及成形质量的保证，是非常有重要意义的，尤其是在大设备上面。

霍尔榜：

发动机的排气管需要承受较高温度，能否用打印工艺腔道比较复杂

季华实验室：

承受很高温度这一块倒没关系，我们有相应的核心材料。比如说，我们有一些高温合金，可能4169不太合适，但是我们有更高的合金，比如哈氏合金、3536、738这些合金可能能够承受更高的温度。

至于复杂流道，还要结合具体的情况来看待。如果你那边有具体模型能讲的出来可以帮您评估一下。但是从理论上来讲是可以做出来的，因为我们有做过进气机匣，它的结构非常的复杂，我们最终也是成功地把它打印出来了。这个大概长、宽、高都在500左右，这样一个大型复杂构件也是能成功3D打印一体成形出来的。

霍尔榜：

打印后的内部组织疏松一般是用什么工艺来避免的/strong>

季华实验室：

这个组织疏松指的是有一些气孔、孔洞缺陷吗如果是这点的话，一方面，我们要进一步调整打印工艺，尽量使我们的致密度能够更好的提高。另一方面，我们可以做一些热等静压处理，就是HIP, 通过这个处理可以稍微压实一些孔洞，使我们致密度进一步的提高。

霍尔榜：

后期对表面的处理是用强力喷砂，有没有用到光整加工/strong>

季华实验室：

目前阶段在我们季华实验室这边，主要做的还是喷砂，喷砂以及磨粒流抛光。您说的光整加工有了解过，但是目前还没有去尝试。

霍尔榜：

单件小批量生产的时候，成本核算一般是按照原材料费用加上工艺费用还是怎么算的/strong>

季华实验室：

这个我们是针对不同客户，不同零件有两种算法。一个是机时费，我们直接打印直接算的机时费。另外一个是算材料费，稍微加一点后处理的费用，两种核算方式。是看针对不同的地方，比如说，民用企业，他们真的是对成本要求卡得非常严，真的是想把3D打印技术卖到白菜价,真的是很难很难，所以，我们是不同的场景不同的核算方式。

霍尔榜：

现在打印后有没有类似拍打或者微锻造的工艺手段，让内部更致密/strong>

季华实验室：

目前，据我了解，针对铺粉设备好像还没有，一边打印一边原位去改进的技术出来。可能现在有一些国家重点专项在推这个方向，但目前还没有听说哪家做的比较好，但是对于这种激光同轴送粉、激光熔敷这些设备目前还是有的。

霍尔榜：

在制造过程当中仿真软件它的可靠性/strong>

季华实验室：

我们目前都有尝试过。比如说，我们的轴承座用的是Netfabb仿真，Netfabb相比于我们另一种仿真软件，我们另一种还用过Magics, 或者说 simufact, 因为Magics它那个仿真模块是基于 simufac公司来的，他是一个合作关系。这个simufac仿真它是基于固有应变法，就是我们在进行结构过程仿真之前，我们先打印一些特征件，把它切开，切一部分，然后进行一个校核。

这样的话，它就是针对我们这台设备进行了一个定制化的参数输入，我觉得它是更加准确一些。那么这个Netfabb，它其实不这样，它有一套自己的算法在里面。我们只需要输好材料参数之后，再直接去算出我们这个模型，包括变形、应力其中、一些位移这些地方。其实我觉得，可能对于Netfabb仿真来说，可能更多的是一种参考吧。比如说它的位移、变形可能有点意义。但是对于Magics来讲，可能它的更加准确一些。

霍尔榜：

外购的原材料稳定性怎么解决/strong>

季华实验室：

我觉得可以这样去考虑，首先，我们最好是不要来回更换厂家。比如说，我们调研好之后，可以向各个厂家去要一点粉末做一下试验，选好材料尽量不要再更换了。另外，我们尽量是买厂家同一批次的粉末，不要买分批的，分批可能多少还会有一些变化，这是前期的一些工作。

粉到了之后，我们自己要做一个表征。比如说，我们这个粒度分析、形貌分析，拍一些扫描电镜这些，我们自己做一个质检这样来控制。如果发现质检结果它的波动比较大，我们是可以向厂家提出一些反馈的，通过这些方法进行控制。

霍尔榜：

我们的铝基复合材料现在SLM工艺可以直接成形吗/strong>

季华实验室：

可以的，铝基复合材料现在已经有很多种不同的工艺了。我们从学术界来讲，包括我自己，其实我也是做了一部分铝基复合材料的。从工艺角度来讲有很多种，首先，有直接混合法，就是一种机械振动混合的，没有通过球磨，把两种粉直接放在一起，用超声震动形式进行混合的方法。

我们有业界同仁是通过低速球磨，如果用高能球磨会把粉末表面给破坏掉，因为这个能量是很高的，里面加的还有磨球，它有时候能把我们粉末从微米级破碎到纳米级，这种方法显然是不可行的，因此我们可以采用低能球磨，也不加磨球进行一个混合，这也是一种方法，这些都是机械混合法。

另外，有些研究人员是通过在合金熔炼过程中，就已经加入了这些复合材料颗粒，熔炼之后，再雾化直接做出复合粉这样一种方式。我们看文献也会发现，国外有一些研究人员，他是通过静电组装法，就是通过一些静电，让纳米粉末吸附在金属粉末表面，均匀粘附表面这样的方式来进行包覆。这些方式我们都可以直接做出复合粉末，也都能够良好的成形。但是成形归成形，它的性能虽然也比较好，但是目前还是没有大规模推广上应用。

我觉得这可能有两点：一点就是，加入这个复合材料，很多其实都是陶瓷颗粒，它是一种硬质相，这个相确实一定程度上能够起到一个强化的作用，就是能够大幅提高材料的性能，包括静态性能，以及它的刚度也会得到一定的提升。但是，它可能在做热处理的时候，可能会出现一些问题，在做疲劳性能上也会出现一些问题。它可能会成为裂纹、敏感点等。所以说，可能在这一方面，导致我们在目前状态下，没办法大规模地去应用起来。

霍尔榜：

高博士，您觉得SLM未来的发展方向是什么/strong>

季华实验室：

这个话题比较大了，其实针对我个人的理解，刚才我有讲到，我们现在国内的厂家其实做的已经非常好了，在某些地方已经处于一个引领的状态。我觉得，现在大家普遍关注的都是更大的设备尺寸，包括更高的成形效率。比如说，大层厚的工艺摸索。另外，我觉得可能更多的是我们从业人员，在关注设备的精细化，精细化指的是什么呢能有些厂商，他的工艺软件做的要更好、更细。可能别的公司做不出来，他能做出来，可能他更多的是在软件、细节上进行的一些优化。

我们在做工艺的时候，你会发现有时候工艺是矛盾的。就是我们保证了这个，就难以保证那个。有些厂家可能现在也是在关注，如何把我们的工艺，包括软件的性能进行一个精细化。比如说，动态调整，我们打不同位置，不同特征，看我们能不能通过软件控制把它给识别出来，更好地去给它赋予不同的参数。这样，我们在一个完完整整的复杂构件中，什么样的结构我们都能打印出来。这就是我们能力的一个体现，我觉得这是厂家可以关注的点。

另外，现在业内厂家也是很多在基于铺粉的， SLM技术的多材料、特殊材料这一方向，也都有很多同仁在进行研究，这是我所理解的一些浅见，一些发展的方向。

霍尔榜：

你们自己是做原材料的吗/strong>

季华实验室：

我们确实有研究，我们是针对于高强铝合金，包括钛合金这两种材料，典型材料正在开发新型的雾化制粉设备。它是区别于市面上VIGA、EIGA这种成熟的制粉技术，相当于是新型的一个雾化制粉技术。这两种技术从理论上来讲，它是能够有更好的收得率和球形度，而且它的耗气量，尤其是新型的铝合金与铝基合金的制粉阶段，它的耗气量非常小，这也是它的制备优势。我们做材料，更多的是为增材制造而设计的新材料进行开发，我们有自己的设备，可以很快速地响应。

霍尔榜：

高博士，您好，您说的基本不同位置上光斑形状会有变化，但激光器不是有振镜系统来调整的吗有光斑修正的，这个变化对质量大吗/strong>

季华实验室：

您说的很对，确实现在很多厂家对激关振镜优化做得非常到位，有些厂家可能是把优化调得非常好。就是中心、边缘可能没有大明显的偏差。但是有些可能还是有不足，我们从文献中可以明显的看出来，从中心到边缘打出来熔池确实发生了一些变化。这也确实给了我们一个启示，当然，我们也是需要在具体的设备上具体地去验证。假如，我们这个设备调得非常好、非常稳定，通过验证之后发现，不论是致密度还是表面质量，我们都打的是非常的一致，没有太多的波动，那么，是可以忽略这个问题。

霍尔榜：

打印的时候，有时候需要考虑到后期减材加工的方法，在这一块需要做机加工基准的考虑等等，这一块咱们是如何融合的/strong>

季华实验室：

首先，在做件支撑设计的时候，就要有这种理念，我们做支撑设计，不光是为了撑住、拉住零件。不光是为了导热，还要为了我们后期好加工。就是我们在设计支撑的时候，首先要考虑到我们如何进行机加，这是非常重要的一点。就是要在设计的时候想好，我们怎样去装、去加工、去线切割、去机加工，前期把这个东西想清楚。

霍尔榜：

复材加入的陶瓷增强项体积分数现在能做到40体分以上吗/strong>

季华实验室：

从整个学术界来讲，是有做的这么多的。但是，至于能有多少应用就要打问号了。做是肯定可以做的，我们做这个东西肯定是要找到它一个极限。就比如说，我们加5%，加10%，加15%，我们逐步的往上增加，看看我们这个材料性能什么时候达到峰值，什么时候开始下降。那可能针对不同的材料，或者说不同的陶瓷相，它的不同的粒径其实也是有区别的。

比如说，我们加入了大部分都是纳米级的，那可能说，你在这样相应的体积分数可能会高一些。假如你加的都是微米级的，可能加太多之后，它已经变成脆性相，或者说很难成形了。这时候也没有必要去加那么高，还是要具体情况具体分析。而且针对于应用场景来讲，我觉得40%以上可能是有一些困难的。

霍尔榜：

增材软件切片时主要考虑的因素有哪些/strong>

季华实验室：

我个人在做切片时主要考虑还是一个层厚，其它好像没有什么特别值得注意的。假如你是Magics切片，我倒是遇到一点，假如我们的基板或零件尺寸特别大，超过600幅面的时候，切片会遇到一些分辨率的问题。我们跟Magics公司联系过，他们说这是他们软件目前的一个缺陷，尤其是CLI格式的。

假如你切SLC格式可能没有问题，如果是切CLI ，一旦超过零件的尺寸，一旦某一边某一个点超过了600，可能在切片中遇到分辨率的问题。那么分辨率会报错，报错之后，切片时可能会出现一些错层，这是我们在实际操作使用中遇到的一些问题。那么我们是怎么解决的呢们是尽量把基板或零件往边移一点，因为我们现在设备有很大的， 有800、800×600这样的幅面，我们尽量往边移，不让基板或零件的最大尺寸超过设备局限，就能暂时解决问题。

霍尔榜：

金属增材大规模应用的瓶颈您觉得在哪里/strong>

季华实验室：

现在一方面，可能还是成本比较高，成本是一个重要的因素。其次，很多不光是航空航天主机厂，包括一些民用的对增材技术持有一定的观望态度，不敢完全的信任这个技术。这也是需要我们从业人员，无论是从原材料粉末到装备，到工艺软件人员都要一起去做努力，让上下游产业链能够同时去突破一些难题。降本增效，各行各业才能够接受我们的新技术。同时价格亲民，才能够更好的将增材技术推广市场。

霍尔榜：

打印的时候打印材料和基板必须要同材质吗是说也可以用不同的材质，区别大吗/strong>

季华实验室：

我们也确实遇到过这种情况，从某种角度来讲，还是跟材料有关系。从材料角度讲，有些材料，它两种材料之间的结合力，亲和力是比较好的。比如说，我们用不锈钢板，用钢基板去打铜是没有问题的。但是，我们用钢基板去打铝就不太行。我们之前有一个误操作，打铝的时候不小心装了块不锈钢板，没换，直接打了，打了两三层之后立马就翘起来，非常明显的一个剥落。说明铝在钢基板上还是不够亲和，它的亲和力不够。所以，还是要看具体的情况，目前来讲，我们用铁基的一些材料去打铜是没什么问题的。

霍尔榜：

高博士您好，能分享一下支撑参数的参数对成形件的质量影响，以及怎么去添加制成/strong>

季华实验室：

支撑的参数对成形件的质量是有比较大的影响。因为我们支撑，其实它一方面是为了撑住我们的零件，另一方面拉住我们的零件不让它变形。有些位置它应力比较大，如果你没有支撑拉住它可能会起翘或者变形掉。另外，在某些位置起到一个导热的作用，我们都知道，零件大了之后，它下面都是粉末。

有些位置，它可能能够沿着下面的一些实体进行散热，但是有些位置可能下面更多的是粉末，那么它不能良好地散热之后，它就会有一些应力集中在里面。这个时候，我们要根据选择性的这些特征，去加一些导热性的支撑，让它有一个更好的散热。

至于具体的支撑参数，现在业界主流用的多的是两种，一种是块状支撑，一种是实体支撑，实体支撑包括体积支撑或锥形支撑。具体参数一两句话也讲不太清楚，总的来讲，块状支撑需要注意的是，块与块之间的间距，包括块状支撑整体的切割，切割是为了我们更好的去支撑。

如果我们不把整体大量的块状支撑进行切割，它就变成一体的了。那么一体的话，它就很难的在后期进行一个去除，我们通过对块状支撑进行切割之后，它就一块一块像一个孤岛一样，我们后期进行去除的时候，就非常方便，可以一块一块把它砸掉，方便我们去支撑。

另一方面，我要提一点，我们要利用好镂空这个功能。你们做的多可能会发现，有时候我们打个件比较高，比较大，我们假设加个块状支撑，里面材料会有非常多的粉末。如果不进行镂空或者镂空参数选的不好的话，我们在清粉的时候就会遇到非常大的困难。所以，我们要合理选择镂空参数，到时候可以拿着吸筛机设备进行一个清理，把粉末回收掉，这是一个值得注意的点。至于其它一些细节的问题，我们可以私下交流，因为参数比较多。

霍尔榜：

打印原材料对粉末的球形度要求是越高越好吗/strong>

季华实验室：

在一定程度上，球形度越高越好，这里头有一个边际递减效应。比如说，从不规则到规则，它是一个质的飞跃，但是我们从接近球形到标准的球，可能提升效果并不明显。所以，我们没有必要追求完美的球形，可能在接近球形的过程中，它其实已经比较好了，后期再进行大量的提升，反而没有太多的收益，我是这么理解这个话题的。

 季华实验室、霍尔榜联合播出

来源：霍尔榜3D打印