談到選區(qū)激光金屬熔化3D打印（市場(chǎng)上將其稱為SLM, DMLS技術(shù)） ，目前在市場(chǎng)上獲得產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用包括GE的噴油嘴，西門(mén)子的葉片，寶馬i8 Roadster電動(dòng)汽車(chē)上的支架等零件。

      選區(qū)激光金屬熔化3D打印技術(shù)在高附加值和個(gè)性化零件的制造方面具備很大的發(fā)展?jié)摿?，從合金的結(jié)晶控制，到零件的精密性和復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)，3D打印不僅僅推動(dòng)了工業(yè)再設(shè)計(jì)，還在零件生產(chǎn)和零件修復(fù)過(guò)程中節(jié)約了生產(chǎn)資源，并通過(guò)提高最終產(chǎn)品的性能，帶來(lái)更大的產(chǎn)品生命周期價(jià)值。

那么激光熔化金屬3D打印機(jī)要制造出更加合格的產(chǎn)品來(lái)，除了加強(qiáng)對(duì)金屬3D打印工藝的前饋控制和過(guò)程中控制能力，能不能通過(guò)提高選區(qū)激光熔化金屬3D打印設(shè)備的可靠性來(lái)最終獲得產(chǎn)品質(zhì)量的提升呢？本期，通過(guò)安世亞太基于Workbench的選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)在常溫工況下的動(dòng)密封仿真分析來(lái)分享仿真在金屬3D打印設(shè)備開(kāi)發(fā)方面的作用。

密封的重要性

    選區(qū)激光熔化金屬3D打印的過(guò)程首先是鋪粉器將金屬粉末鋪至打印平臺(tái)，然后激光器根據(jù)打印路徑將金屬粉末融化完成一層的打印，每完成一層的打印后，打印平臺(tái)會(huì)下降一個(gè)層高的高度，直至形成一個(gè)完整的三維零部件，整個(gè)打印過(guò)程都在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)是一套較為復(fù)雜的系統(tǒng)，主要有機(jī)械單元、光路單元、控制單元、工藝軟件和保護(hù)氣密性單元等組成。而密封在選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)上應(yīng)用較多，比如整個(gè)打印室的氣密性、打印平臺(tái)的密封等。

      密封一般分為靜密封和動(dòng)密封，靜密封指的是被密封部位的兩個(gè)偶合件之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封；而動(dòng)密封指的是被密封部位的兩個(gè)偶合件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封，動(dòng)密封一般又分為旋轉(zhuǎn)式動(dòng)密封和往復(fù)運(yùn)動(dòng)式動(dòng)密封。

選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)的打印平臺(tái)動(dòng)密封設(shè)計(jì)是整個(gè)密封設(shè)計(jì)的重中之重，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。如果打印平臺(tái)的動(dòng)密封設(shè)計(jì)不好，會(huì)嚴(yán)重影響金屬3D打印機(jī)的打印質(zhì)量和打印效果，同時(shí)也會(huì)影響密封圈的使用壽命。打印平臺(tái)密封圈的更換是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力且較為繁瑣的工作，因此對(duì)選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)打印平臺(tái)的動(dòng)密封設(shè)計(jì)提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

模型的建立

     某型號(hào)的選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)的打印平臺(tái)的剖面圖見(jiàn)圖1所示，打印平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要有成型缸、打印臺(tái)、打印連接托板、活塞基板以及密封圈等組成。

圖 1 選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)的打印平臺(tái)剖面圖及動(dòng)密封局部結(jié)構(gòu)剖面圖

      為了減小計(jì)算的工作量，本次計(jì)算模型采用2-D平面計(jì)算，對(duì)選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)打印平臺(tái)進(jìn)行XOY平面內(nèi)進(jìn)行剖面處理，同時(shí)對(duì)本次計(jì)算的無(wú)關(guān)緊要的部件進(jìn)行忽略處理。為加快模型計(jì)算收斂，只截取密封件周邊部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。為了保證后期的計(jì)算收斂性，將成型缸沿著Y軸左移2mm，即將密封件與成型缸之間由原來(lái)的過(guò)盈配合改為了間隙配合，后期再計(jì)算的第一個(gè)載荷步將成型缸沿著Y軸右移2mm，模擬密封件與成型缸的裝配實(shí)際關(guān)系，這樣保證了仿真模型和實(shí)際的物理模型是吻合的。