SLM制造MTS高溫拉伸夾具

SLM金屬打印技術作為一項關鍵的3D打印技術,，持續(xù)獲得科研界和工業(yè)界的關注,，目前在國內(nèi)，傳統(tǒng)制造企業(yè)正開始主動接觸這項技術,。相較于國內(nèi)的遲緩,，國外還是要超前一些。

由于一些特殊行業(yè)對材料超高溫情況下的力學性能有較高的要求,，現(xiàn)有的拉伸試驗機夾具多由金屬材料壓力加工而成,，在高溫加壓過程中會過早出現(xiàn)屈服失效的現(xiàn)象。例如,，在測量IN718合金的高溫蠕變性能（700℃）時,，標準鋼夾具很容易斷裂；再者,，不穩(wěn)定的夾具在進行性能測試時,，數(shù)據(jù)的準確性和一致性也無法保證，這對于本就存在一致性風險的3D打印零件測試,，更是雪上加霜,。

       為了準確量化性能，美國空軍技術學院（AFIT）的研究人員對MTS夾具進行了重新設計,，并利用SLM技術制造,，使其具有了更高的熱轉換率，減小了高溫蠕變過程中夾具的熱應力,，從而降低了夾具開裂的概率,。

MTS夾具優(yōu)化設計
       3D打印在制造具有復雜內(nèi)部結構的零件方面具有優(yōu)勢，這種優(yōu)勢不僅可以用在隨形冷卻水路模具的制造方面,，同時也可用來制造具有冷卻流道的夾具,。

CFD模擬散熱

為了對比3D打印和傳統(tǒng)制造的MTS夾具的散熱效果，研究人員對此進行了仿真。將兩種模型零件導入ANSYS Fluent軟件,，進行基于動量,、能量和連續(xù)性方程額系統(tǒng)焓值計算，總焓值的變化即為系統(tǒng)的散熱效果,。

通過比較兩種模型的溫度分布情況,，發(fā)現(xiàn)3D打印的MTS夾具的焓值變化更高，是傳統(tǒng)工藝夾具的2.87倍,，溫度分布也更為均勻,。

MTS夾具制造

模型留有4mm的余量，用于補償與基板分離時的偏差,，基板材料為鋼,。打印采用孤島掃描策略，后處理過程包括線切割,，表面磨削,，以及關鍵位置的鉆孔等。

實驗測試

AFIT研究人員將SLM成形的MTS夾具安裝于22 KIP 810 MTS®,，去離子水作為冷卻劑,，流速為13.5mL/sec，冷卻劑溫度為22℃,，夾緊壓力為6.8 MPa，拉力為1000N,，蠕變溫度為700℃,。在蠕變測試過程中，金屬夾具表面涂覆Aeroglaze Z306,，F(xiàn)LIR® SC7650紅外攝像機被用于監(jiān)測3D打印夾具和傳統(tǒng)制造夾具的熱圖像,。

結果顯示，3D打印成形的夾具具有更好的熱轉換效果,，傳統(tǒng)工藝制造的夾具冷卻過程中,，平均溫度為31.7℃，而3D打印的只有27.7℃,。

總結

金屬3D打印隨形冷卻水路,，為模具提供了更廣闊的設計空間，同時這種優(yōu)勢也可應用到其他領域,。AFIT研究人員利用SLM制造的IN 718 MST夾具,，在高溫蠕變測試中具有很低的熱應力，降低了夾具在高溫和壓力環(huán)境下開裂的可能性,。為進一步提高冷卻流道的散熱能力,，設計更為復雜的螺旋流道，創(chuàng)造湍流環(huán)境，提高熱傳換效率,，這種設計也適用于其他類似應用,。