此文由達索系統SIMULIA戰略計劃總監、增材制造專家Subham Sett與他的同事James Fort共同撰寫。
5 y& P5 d7 {' w# M增材制造，即眾所周知的3D打印，是一種起源于二十世紀八十年代晚期的制造技術，現已開始在各個領域突顯其價值。其原理是將金屬、塑料、合金或混合材料逐層熔融或粘合在一起形成最終的物件。 隨著技術進步，創客運動將3D打印變得家喻戶曉。更值得關注的是，3D打印的應用領域正由快速原型打印擴展到工業應用打印，直接打印出生產工具乃至零部件。無論是假肢，你自己設計的巧克力款式，還是現場打印大橋，以及打印整車……你每天都能從新聞里看到3D打印的新奇應用。 然而在這些大量的“打印”過程中，其可靠性和可預測性仍然令人擔心，將影響到3D打印在工業領域的廣泛應用。我們所關注的問題是：如何利用模擬仿真來提升3D打印設計的可靠性？如何保證一次性成功打印出設計的產品？ 模擬仿真可以在以下幾個關鍵領域提升3D打印技術： - 生成功能設計
, J) O0 F9 {: a* X - 生成柵格結構' y& ^. |* H5 j" Q. q
- 材料參數標定- W m& y0 \2 _% S
- 打印過程優化
, U* n9 S: h! R - 產品性能預測% R9 V% ~6 b7 Y* t
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增材制造能讓設計者擺脫傳統制造的約束，在滿足工業要求、保證產品性能的前提下進行更高層次的設計。“輕量化”就是其中一個證明：可用最少的材料保證部件的特定功能需求。得益于穩健、非線性的拓撲優化（TopologyOptimization）技術，SIMULIA/Tosca套件讓這類高層次設計已變得切實可行。 增材制造還可以把部件內部制作成極其復雜的柵格結構，這是傳統制造方式不能實現的，而柵格結構能在拓撲優化的基礎上進一步減輕部件重量。今年秋季，SIMULIA/Tosca將發布這一功能：不僅允許用戶設計功能部件時選擇柵格結構，并且能優化柵格的粗細和疏密。 增材制造過程中的另一個關鍵領域是如何表征當前材料性能。以典型的金屬合金材料為例，高強度激光束沿著CAD軟件制定的打印路徑照射在粉末床上將金屬粉末逐層熔融成部件。 隨著激光熱源的移動，金屬粉末熔化，凝固，與前一層熔合為一體；金屬的相變、冷卻速度以及其他3D打印參數如打印速度將影響金屬粉末熔融凝固及其微觀結構。 打印出來的部件可以比傳統制造工藝生產出來的鑄件更強韌，但3D打印參數的變化及其影響非常明顯，因此有必要分析打印過程中的多尺度、跨物理場的本質特性。SIMULIA/Abaqus在整體分析打印部件宏觀性能的同時，提供用戶子程序供研究人員和工程人員研究和模擬3D打印過程中的微觀力學特性。 除了材料特性的變化，3D打印過程也會造成打印的部件跟初始設計存在明顯的外形差別。這是因為設計時使用的材料是標準的材料定義，也沒有考慮應力及扭曲；但在增材制造過程中，一般是燒結而成，會產生殘余應力的累積、部件的扭曲和材料特性的變化。Isight提供強大的工具來進行3D打印參數分析，如打印路徑、打印方向和熱源強度。并可在參數分析的基礎上優化殘余應力、減少部件扭曲，改變材料特性滿足部件的運行條件（無論是靜態負載、動態負載、震動還是其它工程問題，都可以在Abaqus里解決）。 以上一切最終都是為了保障部件在運行負載條件下的疲勞壽命，Fe-safe與Abaqus深度集成，在對3D打印材料參數研究的同時，進行增材制造部件的疲勞壽命評估。回到標題所問的問題：是的，模擬仿真仍有巨大潛力來提高增材制造產品質量，從而提升增材制造在各個工業領域的應用。隨著增材制造技術的日趨成熟，SIMULIA的分析工具可以分析和解決增材制造過程中出現的各種問題。
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發表于 2016-8-18 15:52:40
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