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SLM工艺制造铸钢分叉节点的优势与价值

更新时间: 2025-01-04 11:28:45  查看次数: 113    
3D打印制造的三分叉节点的尺寸进行了测量,也分析了尺寸误差。因为三分叉节点在结构里主要是承受轴力,所以决定对它做轴心受压试验。参照铸钢分叉节点的有限元模拟结果,把测点布置在主管端部、主分管汇交区域以及分管端部这些地方,最后还做了3D打印的节点有微小误差,主要是在成型过程中出现翘曲变形导致的。节点的荷载位移曲线显示,3D打印的分叉节点比起传统的铸钢分叉节点,延性和抗压性能更强。经过分析后,选择荷载位移曲线里的点2当作节点在设计时参考的极限承载力。从不同测点的荷载位移曲线能发现,3D打印的节点在分管端部内侧和主分管交汇部分容易出现应力集中现象,而且节点在这两个部位也容易发生破坏。有限元分析结果表明,3D打印的分叉节点在轴心受压时,塑性区一开始出现在分管端部内侧,随着荷载增加,主分管汇交区域也慢慢出现塑性区,最后节点进入屈服状态,其他区域的应力分布比较小。有限元模拟得出来的荷载位移曲线和试验测出来的曲线差不多,误差很小。随着建筑科技水平不断提高,结构体系和节点构造变得越来越复杂了,可节点的传统制造工艺好多年都没什么大的发展,还停留在十五年前的科技水平呢,所以开发一种新的节点制造技术很有必要。
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近些年来,3D打印技术发展得特别快,引起了很多学者的关注,在航空航天、生物医疗这些领域已经应用得挺好了,不过目前在建筑用铸钢节点的生产里还不怎么常用。3D打印技术的发展给铸钢分叉节点制造工艺的变革带来了机会,所以这篇文章就打算探索用3D打印技术取代传统铸造工艺的可行性。为此,文章选了金属3D打印技术里相对成熟的SLM工艺作为例子,用316L不锈钢粉体材料来制造分叉节点,讨论了用SLM工艺制造的树状分叉节点在轴心受压荷载下的静力学性能,还研究了它的最优工艺参数。得出了这些结论:3D打印部件的质量受工艺参数的影响很明显。为了找到主要工艺参数的最优组合,设计了9组正交试验,试验测试结果显示:激光功率对相对密度的影响最大,扫描速度的影响排在其次,扫描间距对相对密度的影响是最小的,而且相对密度随着能量密度的增大是先增加后减小的。SLM成型不锈钢316L的优选工艺参数是激光功率P = 150W,扫描速度v = 700 mm/s,扫描间距h = 0.09 mm,打印层厚为30μm。成型件的抗拉强度能达到610.2 MPa,断后伸长率可以达到32.1%,通过SEM电镜观察拉伸断口,能看到有大量韧窝,这是典型的韧性断裂特征。分叉节点用金属3D打印和传统铸造技术相比,不光不用制造模具了,能节省制造周期,而且表面质量和精度还更高呢。打印剩下的金属粉末还能重复使用,这挺符合建筑业绿色环保的发展理念的。