精益研发，SLM金属3D打印机的动密封仿真分析
谈到选区激光金属熔化3D打印（市场上将其称为SLM, DMLS技术） ，目前在市场上获得产业化的应用包括GE的喷油嘴，西门子的叶片，宝马i8 Roadster电动汽车上的支架等零件。
选区激光金属熔化3D打印技术在高附加值和个性化零件的制造方面具备很大的发展潜力，从合金的结晶控制，到零件的精密性和复杂性实现，3D打印不仅仅推动了工业再设计，还在零件生产和零件修复过程中节约了生产资源，并通过提高最终产品的性能，带来更大的产品生命周期价值。
那么激光熔化金属3D打印机要制造出更加合格的产品来，除了加强对金属3D打印工艺的前馈控制和过程中控制能力，能不能通过提高选区激光熔化金属3D打印设备的可靠性来最终获得产品质量的提升呢？本期，通过安世亚太基于Workbench的选区激光熔化金属3D打印机在常温工况下的动密封仿真分析来分享仿真在金属3D打印设备开发方面的作用。
图片：获得产业化应用的选区激光熔化金属3D打印技术
密封的重要性
选区激光熔化金属3D打印的过程首先是铺粉器将金属粉末铺至打印平台，然后激光器根据打印路径将金属粉末融化完成一层的打印，每完成一层的打印后，打印平台会下降一个层高的高度，直至形成一个完整的三维零部件，整个打印过程都在惰性气体环境中进行。选区激光熔化金属3D打印机是一套较为复杂的系统，主要有机械单元、光路单元、控制单元、工艺软件和保护气密性单元等组成。而密封在选区激光熔化金属3D打印机上应用较多，比如整个打印室的气密性、打印平台的密封等。
密封一般分为静密封和动密封，静密封指的是被密封部位的两个偶合件之间不存在相对运动的密封；而动密封指的是被密封部位的两个偶合件之间存在相对运动的密封，动密封一般又分为旋转式动密封和往复运动式动密封。
选区激光熔化金属3D打印机的打印平台动密封设计是整个密封设计的重中之重，同时也是一个难点问题。如果打印平台的动密封设计不好，会严重影响金属3D打印机的打印质量和打印效果，同时也会影响密封圈的使用寿命。打印平台密封圈的更换是一项非常费时费力且较为繁琐的工作，因此对选区激光熔化金属3D打印机打印平台的动密封设计提出了更高的设计要求。
模型的建立
某型号的选区激光熔化金属3D打印机的打印平台的剖面图见图1所示，打印平台结构主要有成型缸、打印台、打印连接托板、活塞基板以及密封圈等组成。
图 1 选区激光熔化金属3D打印机的打印平台剖面图及动密封局部结构剖面图
为了减小计算的工作量，本次计算模型采用2-D平面计算，对选区激光熔化金属3D打印机打印平台进行XOY平面内进行剖面处理，同时对本次计算的无关紧要的部件进行忽略处理。为加快模型计算收敛，只截取密封件周边部分结构进行分析。为了保证后期的计算收敛性，将成型缸沿着Y轴左移2mm，即将密封件与成型缸之间由原来的过盈配合改为了间隙配合，后期再计算的第一个载荷步将成型缸沿着Y轴右移2mm，模拟密封件与成型缸的装配实际关系，这样保证了仿真模型和实际的物理模型是吻合的。
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