金属增材制造在空间结构中的应用综述

金属增材制造技术是以金属为原材料,以三维模型数据为基础,通过材料逐层叠加来制造实物的工艺,适用于制造复杂形态的金属结构或部件.空间结构日趋多样化,其节点形式也日益复杂,传统造型较规则的节点形式往往难以满足功能或美学方面的需求.在此背景下,金属增材制造为以往难以实现的空间结构复杂节点甚至整体结构提供了新的解决路径.本文首先简要介绍了金属增材制造的概念和技术分类,然后讨论了增材制造金属的力学性能及影响因素和金属增材制造空间结构节点的优化方法,并结合自身研究总结了金属增材制造在空间结构中的应用案例,最后对这个新兴领域的未来研究方向进行了展望.

Airmesh金属增材制造节点的拓扑优化

空间结构的节点兼具受力和美观双重功能,因此节点的优化十分重要.拓扑优化得到的节点形态不规则且复杂,难以采用传统方法制造,而金属增材制造(金属3D打印)技术为复杂节点的制造提供了可能性.以采用金属增材制造节点的空间杆系结构Airmesh为对象,对其代表性节点进行了单工况和多工况的拓扑优化.以最小化质量为目标,分析体积分数约束对拓扑形态的影响,以获得最优的拓扑形态;对得到的节点形态进行平滑化处理等重建模工作;最后通过有限元分析检验优化后节点的受力性能.