匹兹堡大学在开发增材制造快速计算建模方法
随着增材制造(AM)或3D打印技术变得越来越普遍，研究人员和行业都在寻求减少在制造复杂几何形状时其内部固有的变形和应力。比如，来自匹兹堡大学Swanson工程学院和匹兹堡当地制造商Aerotech的科学家们就在最近获得了美国国家科学基金会(NSF)35万美元的资金，以资助他们通过开发针对增材制造的快速计算建模方法来解决这些问题。
失败的金属3D打印部件
据了解，该研究团队的项目名称是：“解决金属增材制造关键设计优化问题的全新计算方法(Novel Computational Approaches to Address Key Design Optimization Issues for Metal Additive Manufacturing)”，为期三年，参与人员包括副教授、首席研究员 Albert To、Sangyeop Lee博士和兼职副教授Stephen Ludwick等，而Aerotech公司通过提供设计和评估来与匹兹堡大学合作。据悉，该团队的研究实际上是之前的一个资助项目——宾夕法尼亚州先进制造研究项目(RAMP)的一个延伸。
“通过增材制造创建复杂几何形状既有巨大的好处也面临着重大的挑战。”To博士说。“通过优化设计来弥补残余变形、残余应力和后加工需求可以为这些零件节省几天甚至几个月的时间。”
为了减轻这些挑战，To博士和他的团队将首先发展一个简单但很准确的热力学模型以预测增材制造部件中的残余应力和变形。接下来，他们将开发出一拓扑优化方法，该方法能够生成自由形式的曲面和易于加工的曲面。To博士称，这将弥补增材制造部件的几何复杂性和有机性，有助于他们解决可能的失真和后加工问题。这些方法然后会通过真实零部件和Aerotech公司提供的设计要求来测试。
失败的金属3D打印部件
Aerotech公司的Stephen Ludwick预计，“通过这种协作开发的工具将使我们能够在将试错和返工降至最低的情况下通过增材制造产生出复杂的零件。这反过来使得我们能够为自己的高速运动系统制造出坚硬而轻量化的部件，同时也可以被其它公司用于先进制造。”
“通过利用先进的机械理论，能够将增材制造部件的设计优化减少到几分钟，从而大幅缩减设计周期。”To博士说：“这会导致美国制造业更加广泛地采用增材制造，并进一步提高增材制造工艺的经济可持续性。”
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