星期一, 5月 16

    3D金属列印模拟的终极PK

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    ■资料来源 :3D Systems, Inc./ 冠齐科技- 赖齐宏编译

    前言

    “增材制造技术已被更广泛地普及,在工业应用领域, 已经从原型和模具的制造扩展到直接的零件生产领域。 随着更多的企业加入到增材制造领域,尤其是金属列印 领域,不少企业发现,即便不做设备研发,单纯是靠增 材制造设备提供列印服务,这一领域亦存在著不小的门 槛。

    为什么会这样?


    无论是列印义肢,还是想现场制造桥梁的一部分,或者 列印汽车零部件。存在的重大挑战是增材制造过程中的 可靠性和可预测性,这些障碍也给产品的品质认证带来 制约,并限制了3D列印扩展到更广阔的工业领域。所 以,对于企业来说买了昂贵的设备只是第一步,还需磨
    练内功驾驭从材料到建模以及加工制程,其中“如何通 过仿真模拟来获得可靠的设计?”,“仿真模拟如何增 强增材制造设计的稳定性?我们能不能第一次就列印出 想要的产品?”是企业需要面临的一大挑战。获得所需 的金属增材制造部件通常需要多次列印测试,既昂贵又 费时。零件越大越难列印。究其原因,不是印表机的品 质问题,而是金属列印工艺的复杂程度和多方面因素影响。

    3DXpert可以帮您实现

    • 尽量减少构建尝试的次数
    • 预防印表机损坏的风险
    • 在同一个环境中设计&验证构建
    • 缩短设计和模拟反覆运算的时间

    在3D列印中,模拟在不同的环节都可以发生作用: 生成功能性产品的设计,生成晶格结构,校準材料, 优化生产工艺,以及优化关键部位的性能表现。
    增材制造的优势是独一无二的,从说明设计人员打破 传统制造约束的限制,激发设计师的的设计水準到新 的高度。这些都以满足工程要求的性能为目标,而不 需要牺牲零件的强度或性能。轻量化就是一个很好的 例子。增材制造还提供了创建极其复杂的内部晶格结 构的能力,这是完全不可能通过传统的制造技术来获 得。轻量化使得额外的零件重量减少,通过拓扑优化 的晶格,不但在晶格大小方面可以实现丰富的渐变风 格以满足不同区域的材料分配要求,还可以实现不同 区域不同形状的晶格结构,以实现对应的力学要求。 某种意义上,小编看来材料变得“可程式设计”。

    3D列印成品

    “可程式设计”的材料,以金属合金为例,高强度的 雷射被应用到粉末床上,沿着电脑辅助设计的软体模 型引导的路径来层层熔化金属。融化的金属粉末冷却 凝固又与新一层冷却凝固的金属结合在一起,这其中 的相变,冷却率,列印速度等机械加工参数都引导冶 金和微观结构的变化。这些增材制造出来的零件,比 传统的制造方法如铸造的力学性能强。然而,这与多 尺度、多物理性质的制造工艺有关。通过模拟软体,可以实现金属微观力学行为的物理特征呈现,使得对 设计的模型在增材制造过程中将要发生的微观变化实 现更好的控制。
    除了材料的特性化,增材制造工艺本身可有潜在的设 计与制造不相符的风险。在设计的部分中,不考虑无 应力或扭曲的发生,并以标準材料定义的方式分配而 不考虑合金的金属加工属性。然而,在增材制造过程 中,是个热传导的过程,残余应力的产生,发生扭曲, 以及材料的变化在过程中都会发生。

    位移分析

    这时候你就需要一个强大的工具来研究工艺参数如影 响沉积的路径,构建方向和热强度。通过软体来研究 如何优化残余应力,降低部分扭曲和改变材料的热 加工行为,使得材料满足零件的静载荷、动载荷、 振动性能。3DXpert构建模拟和分析工具作为设计环 境的组成部分,使用户在发送列印任务之前快速、精 准地发现并修复增材制造问题。3DXpert构建模拟是 3DXpert软体的一部分,一站式软体解决方案简化了 从设计到最终部件的整个金属增材制造工作流程。
    最后,你还需要考虑在零件的疲劳壽命,有限元模拟 为增材制造的部件材料的疲劳壽命提供评估,使得从 设计阶段开启零件的完整生命周期的有效把控。很多人把有限元分析与模拟等同起来,其实,有限元分析 是一般模拟软体使用的方法,有限元分析软体是对结 构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法软体。


    而金属增材制造设计过程中对力学性能的模拟与优化 直接成为设计的成功与否的关键因素。作为3DXpert 软体解决方案的一部分,3DXpert构建模拟是设计环 境的组成部分。说明您根据模拟结构轻松修改和修复 设计,无需在多个软体之间来回切换。之后您可以再 次运行模拟功能,验证变更,保存分析结果到设计档 中。

    重新铺粉干涉分析

    逐层模拟结果立即回馈给您。检测到问题后,您可 以立刻修复它,无需等待整个模拟结束,从而缩短 反覆运算时间。模拟计算需要极大的计算能力,因此 3DXpert构建模拟允许您转移这些计算到一台专用电 脑进行,此电脑可与办公室其他3DXpert用户共用使 用。您可以继续工作,模拟继续运行,每层的模拟结 果可以马上发送给您。
    3DXpert构建模拟是3DXpert工作流的一个关键因 素,是您成功列印的保障,省去耗时和高成本的反覆 运算。在3D科学谷看来,软体的应用将是3D列印的终极PK,科技大学在设置3D列印专业的时候, 亦需要考虑软体领域的课程内容配置以及学分比重。
    包括3D的设备厂商,软体将充分挖掘设备的潜力, 设备厂商将转型为基於软体的行业方案解决商。让我 们共同期待,国家支援增材制造行业不要升级当前的 3D列印浮躁风气,国家不仅关注硬体的硬实力,还 关注软实力。
    赖齐宏-冠齐科技有限公司 总经理

    专长:3到5轴NC程式设计与培训
    塑胶模具CAD、CAM、PLM、 ERP、MES 超过25年模具制造经验

    联络方式
    邮箱:3dscimatron@gmail.com 网址:www.cimatron.co ■

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