A review of topology optimization for additive manufacturing: Status and challenges

Topology optimization was developed as an advanced structural design methodology to generate innovative lightweight and high-performance configurations that are difficult to obtain with conventional ideas. Additive manufacturing is an advanced manufacturing technique building as-designed structures via layer-by-layer joining material, providing an alternative pattern for complex components. The integration of topology optimization and additive manufacturing can make the most of their advantages and potentials, and has wide application prospects in modern manufacturing. This article reviews the main content and applications of the research on the integration of topology optimization and additive manufacturing in recent years, including multi-scale or hierarchical structural optimization design and topology optimization considering additive manufacturing constraints. Meanwhile, some challenges of structural design approaches for additive manufacturing are discussed, such as the performance characterization and scale effects of additively manufactured lattice structures, the anisotropy and fatigue performance of additively manufactured material, and additively manufactured functionally graded material issues, etc. It is shown that in the research of topology optimization for additive manufacturing, the integration of material, structure, process and performance is important to pursue high-performance, multi-functional and lightweight production. This article provides a reference for further related research and aerospace applications.     

3D打印技术与传统加工技术对比的优缺点

随着计算机技术的飞速发展,3D打印(增材制造/快速成形)技术基于分层制造原理,采用材料逐层累加的方法,直接将数字化模型制造为实体零件,在多个领域具有广泛的应用前景。3D打印技术与传统加工各有千秋,3D打印与数控加工、铸锻造及模具制造等传统加工手段相结合,正在成为新产品快速成形与制造的方法之一。在民机制造领域,3D打印生产的零件,尤其是金属成形件,需要进一步的后处理(如热处理)才能投入生产使用。对于特定金属材料的3D打印成形零件,形状可以优化控制,并且结构静力性能可与铸锻件媲美。但是,由于无损检测能力的限制,3D打印零件内部孔隙度和微裂纹不可预测。对3D成形件的认识程度相比于传统加工还有较大差距,在民机应用中还有较长的路需要走。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V合金的热处理组织演变机理

激光选区熔化(SLM)Ti6Al4V成形构件需要通过热处理改善其塑性。为探究该过程中的组织特征和演变机理,研究了Ti6Al4V试样固溶时效热处理(910℃/8 h水冷,750℃/4 h炉冷)前后的微观形貌和力学性能。结果表明:沉积态的马氏体α′相尺寸具有层次结构;热处理相变时初生马氏体α′发生分解,小尺寸马氏体α′转变为β相,随后发生β→(α+β)转变,最后得到α相片层和精细(α+β)相结构均匀分布的组织;热处理后材料抗拉强度达1 055 MPa,延伸率提升至16.2%,均优于典型Ti6Al4V合金拉伸性能。采取的热处理技术对Ti6Al4V组织调控成效显著,满足后续工艺要求,可在激光选区熔化成形双相钛合金中推广应用。     

汽车密封条可重构生产线全生命周期评估

概述了LCA(L ife cycle assessm en t,全生命周期评价)基本内容,结合汽车车窗密封条可重构生产线的研究,给出了其系统边界、模型和设定。针对可重构生产线生命周期各个阶段,分析图表显示产生选定环境影响物质的数量,包括CO2、有害物质和能源消耗。LCA分析软件E co-IT计算结果显示,该密封条生产线的环境影响指数有11×103Pt来源于系统的使用阶段。超过5×103Pt的影响指数来源于加工或重建一个新系统,而通过重构系统只产生少于0.30×103Pt影响指数。本文旨在采用一个科学方法来评价可重构制造系统生命周期的能源消耗和环境影响因素,并给出可重构制造系统有益于可持续发展这一结论。     

计算机软件可靠性分析及抗不可靠性方法

现代技术数字化、自动化、智能化、系统化及综合一体化的高速发展,计算机软件起着重要作用。软件的可靠性是软件研制和开发中的关键问题。对软件的可靠性进行了全面分析,以实例阐明不可靠软件导致的突发性、灾难性后果。给出了软件可靠性预计表达式。提出并探索了排除软件不可靠的方法,这些方法可方便地应用于工程实践。     

从机载雷达的发展看精密制造技术

本文重点论述了现代机载雷达与精密制造技术的关系,并提出了今后发展机载雷达制造技术的意见。     

基于CORBA的制造执行系统的实现

提出了一种适合我国离散制造业的制造执行系统的功能模型，针对传统的制造执行系统缺少柔性，不易重构，难以维护的缺点，系统地论述了基于CORBA（Common object request broker architectore)的制造执行系统的实现方法，包括领域分析，面向对象分析，面向对象设计和应用CORBA技术实现制造执行系统等主要内容，实例证明该系统具有良好的扩展性，可重构性和易集成性。     

自由曲面型腔粗加工刀轨生成算法研究

在运用环切方式进行型腔类零件的分层加工时,预钻孔位置和刀具运动轨迹规划直接影响编程的繁简及切削效率。文中提出了一种型腔环切刀轨生成算法,使得在一个连通加工区域里只需抬刀一次,保证在相邻等距环的过渡时不发生干涉。预钻孔的位置可在加工区域里灵活选择,取消了对预钻也位置的限制。该文设计并实现了切除等距环尖角处未加工到的残留区域算法。算例表明,文中提出的方法易于实现,结果稳定、可靠。     

FMS运控软件设计方法的研究与实现

ＦＭＳ在实际运行过程中能否充分发挥它的能力达到预期的目标，在很大程度上取决于运控软件开发是否得当。ＦＭＳ运控软件的开发质量问题已引起了人们的高度重视。本文分析了程序设计的方法，研究了ＦＭＳ运控软件的设计方法，为了实现面向对象的ＦＭＳ运控软件，确定了构成ＦＭＳ运控软件的对象，为了更好地确定各对象的方法即对象的成员函数，提出了画消息流图和状态转化图的方法。     

金属切削数据库系统的设计

本文首先研究设计了金属切削数据库系统的总体构成,该系统包含从切削数据的采集、管理、优化到切削加工专家系统的多方面功能。并根据实际加工需要定义了各功能的具体内容和用途,分析了各功能块之间的信息传递关系。其次,在分析切削数据之间联系的基础上,设计了金属切削数据的实体模型(E—R图)。然后,用关系数据模型描述了切削数据实体之间、属性之间的联系,通过棋式分解设计了规范化的离散型金属切削数据库的结构。该结构包含切削用量数据库、刀具几何形状数据库、切削液数据库和单位切削功率数据库,由此组成的金属切削数据库避免了插入、删除异常,减少了数据冗余,提高了存贮和存取效率。