激光选区熔化TC4闭式叶轮的成形仿真与支撑优化设计...l 【焦点 l 航空航天】

3D科学谷洞察

3D打印技术能够制造出复杂的几何形状从而避免CNC机加工的刀具干涉问题，这使得闭式叶轮的设计和制造更加灵活。传统的制造方法在制造复杂形状时往往面临成本高、难度大的问题，而3D打印可以轻松实现这些复杂设计。”

激光选区熔化TC4闭式叶轮

的成形仿真与支撑优化设计

张文玮1李博海2刘征1,3赵猛1张琦1陈孟1

1. 中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司2.中国人民解放军93147部队3.南昌航空大学航空制造与机械工程学院

摘要：

随着金属增材制造技术的快速发展，激光选区熔化技术因具有成形自由度大、精度高及表面粗糙度低的优势，被广泛应用于钛合金闭式叶轮的生产。在增材制造过程中，闭式叶轮内部通常无法自成形，需要添加支撑结构。

为了能够设计出最优的闭式叶轮内部支撑方案，利用Simufact Additive增材制造仿真模拟软件，对闭式叶轮成形过程的变形以及残余应力进行模拟仿真。基于仿真结果，调整支撑的类型、尺寸、分布以及成形参数来调控支撑本体的力学性能，并使用微观CT等手段分析了支撑强度和孔隙率之间的关系。

结果表明：支撑优化后，闭式叶轮内腔支撑去除后的表面粗糙度从原块体支撑的528μm降到了13μm，疲劳强度提高了约84.8%。

增材制造Co-Cr-W合金修复QT400-18

球墨铸铁发动机机体的抗穴蚀性能研究

肖宇枫1魏翔宇2张峰2高俊杰2孙兵兵1

1. 中国航发北京航空材料研究院2.航发优材(镇江)增材制造有限公司

摘要：

为提高球墨铸铁发动机机体的表面性能，解决使用过程中空泡溃灭产生的穴蚀问题，分别采用激光熔覆和氩弧焊在QT400-18球墨铸铁表面进行Co-Cr-W钴基合金层的增材修复，并对熔覆层和堆焊层试样的组织、硬度、室温拉伸性能、抗穴蚀性能进行分析。

结果表明：修复层主要为细小的、交错生长的柱状晶和树枝晶，激光熔覆层的组织比氩弧焊层组织更细密，硬度更高；这两种修复层试样的抗拉强度和基体接近，但塑性下降；经8 h穴蚀后，QT400-18基体损伤严重，激光熔覆试样和氩弧焊试样的表面较光滑，其抗穴蚀性能明显提高，激光熔覆试样和氩弧焊试样的失重相比球墨铸铁基体分别降低95.32%、93.58%。

基于粉末级成型模拟的

金属增材制造工艺优化

孟庆泽、樊江、袁庆浩

北京航空航天大学能源与动力工程学院

摘要：

金属增材制造的孔隙缺陷问题对增材制造构件的性能有较大影响，如何设置工艺参数以减少此类缺陷是金属增材制造的关键性难题。采用最优运输无网格法（Optimal Transportation Meshfree， OTM）结合粉末尺度模型直接模拟同轴送粉工艺中的强流固热耦合过程预测成型结果的孔隙分布与形貌，并与试验结果进行对比验证方法的准确性。

“3D Science Valley 白皮书 图文解析

在此基础上，基于数据驱动思想探究工艺参数-孔隙的影响规律，结合多岛遗传算法（Multi-Island Genetic Algorithm， MIGA）获得设计空间内最佳工艺参数。采用优化后工艺参数的仿真结果形貌完整、孔隙率明显下降，与试验的孔隙率、宽度和高度测量结果最大误差不超过5%，表明结合粉末级直接数值仿真技术和优化设计方法是实现金属增材制造工艺参数优化的可行策略。

基于全局灵敏度的高效一体式

隔振超结构不确定性分析

王东贤、赵建雷、赵伟佳、朱睿

北京理工大学宇航学院

摘要：

以控制力矩陀螺等为代表的航天器执行机构能产生微扰振，后者直接影响光学荷载的成像精度和航天器关键部件的寿命，从而降低航天器的核心性能。一体式隔振超结构展现出了优异的隔振性能，但是由制造误差带来的几何不确定性会影响其隔振频带和隔振效果。

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该研究提出一种基于全局灵敏度的高效不确定性分析方法，能够在隔振超结构设计过程中准确地量化由制造误差带来的隔振性能偏差。首先，将高阶的稀疏点区间切比雪夫多项式展开与基于方差的Sobol’灵敏度指数相结合得到一种高效的全局灵敏度分析方法。该方法与传统蒙特卡洛灵敏度分析方法相比计算效率提高了三个数量级。其次，通过忽略全局灵敏度指数较小的区间变量，大大减少了由复杂单元组成的超结构不确定性分析的工作量。最后，进行了不确定性灵敏度分析方法的试验验证。

结果表明，所提出的基于全局灵敏度的不确定性分析方法可为隔振超结构的设计与制造提供高效指导。

基于增材制造的“猫耳形”

气膜孔冷却性能研究

张立浩1钱波1茅健1樊红日1张朝瑞1李旭鹏2

1. 上海工程技术大学机械与汽车工程学院2. 北京德荟智能科技有限公司

摘要：

针对目前气膜冷却存在的冷却效果不理想，冷却效率较低等问题，提出基于双曲线的“猫耳形”气膜孔，对“猫耳形”气膜孔的结构参数及平板模型分布参数进行优化，并通过金属增材制造技术打印气膜孔样品进行实验。通过实验分析得到了气膜孔优化后的最佳结构参数和平板模型的最佳分布参数，并对冷却气流的射出速度进行了合理优化，单个气膜孔的最优冷却效率为55.56%，多列气膜孔的最高冷却效率达到73.10%，较相关文献中气膜孔平均冷却效率提升了6.10%，最优列间距R为15 mm。实验研究为涡轮叶片气膜孔的设计优化及气膜孔在涡轮叶片上的分布参数提供了重要的参考价值和设计经验。

3D打印非晶合金

研究进展及空间应用展望

封国宝1李亚峰1王琪1张恒1苗光辉1李韵1胡天存1郭诚2

1. 中国空间技术研究院西安分院空间微波通信全国重点实验室2.西安交通大学电子与信息学部

摘要：

面向空间极端化境的高适应非晶合金器件易于采用3D打印成型，同时能有效实现空间载荷的一体化和轻量化。

“3D Science Valley 白皮书 图文解析

课题针对3D打印非晶合金综述了在制备和性能方面的研究进展，介绍了3D打印工艺的主要技术特点、成型影响因素和几种主要的非晶合金材料类型，以及微波器件关注的表面粗糙度以及表面电导率研究现状，并展望了3D打印非晶合金在面向空间载荷上的应用前景。文章阐述的内容可为空间3D打印技术和非晶合金的在轨高可靠应用提供技术参考。

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