3 SLM 打印及力学性能测试 11

3.1 SLM 实验工艺及参数的选择 11

3.2 SLM 模型处理及其数据 12

3.3 对钛合金的准静态压缩力学性能实验测试 13

3.4 准静态压缩实验实验数据导出 15

4 实验模型仿真 17

4.1 有限元分析及软件简介 17

4.1.1 有限元分析原理 17

4.1.2 有限元软件 ABAQUS 简介 18

4.2 有限元分析过程 18

4.2.1 有限元分析模型 19

4.2.2 材料特性参数 19

4.2.3 划分网格 20

4.2.4 边界条件设置 20

4.3 有限元分析结果 20

5 实验结果对比与分析 23

5.1 研究数据结果 23

5.2 准静态压缩实验与有限元仿真结果的对比分析 24

6 结论 25

致 谢 26

参 考 文 献 28

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

机械制造业是国民经济的基础产业，而制造技术是现代科技和工业创新的集成，是国家工 业水准的标志。机械结构广泛地应用于航空、医学、车辆等多个工程领域。随着科技水平的 发展和生活要求的提高，实际工程中所使用零件对制造技术的要求越来越高[1-3]。

在对重要零件的设计中，在不降低结构稳定性的基础上尽可能降低零部件质量，已经成为 现代机械工程研究领域的关键主题。这一点可以在很多方面有优势：例如在飞行器的结构设 计上，无论是对飞行器的飞行轨道的控制以及提高短距垂直升降的功能，控制飞行器的重量 都会是达到预期目标所要考虑的优先问题。而在车辆工程领域上，优化设计所带来的轻量化 的优点集中体现在降低能耗，减少排放上。减轻车辆自重并减少原材料的消耗，降低车辆的 制造成本[4-5]。根据科学统计，当车重减轻 20%，燃油量可节省 12%~18%，还能大大降低相 应的污染物排放。

三维零件模型的晶格造型优化设计将数学中的最优解与工程设计中的最优结构相结合，在 满足工程必需要求的同时完善零件内部结构、降低原料损耗，从而达到降低成本、提高效率 的目的[6-8]。

与此同时，拓扑优化设计也对生产工艺提供了更高的要求。很多传统技术亟待研究和改进， 否则很难使生产出的成品达到轻量化设计的预期效果。例如微型结构设计，如果仅仅采用传 统方法进行结构等比例缩小，那么其对尺寸精密度要求的大幅度提高会使零件既难于制造， 也难于达到使用要求[9]。

3D 打印（Three Dimensional Printing，3DP）技术是一种自 20 世纪 80 年代末、90 年代初 发展起来的先进制造技术。其根据设计的三维数据，将离散材料（粉末、丝材、液体等）进 行从下而上逐层累积，直接制造实体零件的技术[10-11]。3D  打印制造技术也被称为增材制造

（Material Increase Manufacturing）、实体自由制造（Solid Freedom Fabrication）、3D 喷印（3 D Printing）、快速原型制造（Rapid Prototyping）、分层制造（Layered Manufacturing）等，成 形原理均相同[12]。 功能晶格结构激光增材设计制造及力学性能测试研究(2):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_206117.html