增材制造，俗稱3D打印技術(shù)，在制造生產(chǎn)領(lǐng)域能夠降低生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)化流程、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。如今，增材制造不僅僅應(yīng)用于產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)、工藝輔助的間接制造，也延伸到了多類零件的直接制造，應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、汽車(chē)制造、注塑模具等領(lǐng)域。
?？怂箍灯煜碌脑霾闹圃旖鉀Q方案專注“打印效果”控制，精確地預(yù)估、處理零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)，致于“打印件”的一次性成功,為增材制造的精密性保駕護(hù)航。
01精確測(cè)試飛機(jī)“打印”零部件
問(wèn)題挑戰(zhàn)
殘余應(yīng)力與變形 構(gòu)建測(cè)試昂貴耗時(shí)
應(yīng)對(duì)飛機(jī)制造小批量、多樣化的訂單需求，增材制造成為滿足客戶需求的關(guān)鍵技術(shù)推動(dòng)者。作為世界上最大的國(guó)防實(shí)體之一的BAE公司，在使用增材制造技術(shù)制造零部件時(shí)，面臨了殘余應(yīng)力和變形的挑戰(zhàn)。某些情況下，他們必須完成5-6次構(gòu)建測(cè)試才能完成零件的正確“打印”，這是非常昂貴和耗時(shí)的。
解決方案
通過(guò)海克斯康旗下的MSC軟件解決方案Simufact Additive，對(duì)零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造參數(shù)、堆積成型方向、支撐結(jié)構(gòu)等進(jìn)行評(píng)估，可迅速評(píng)估零件增材制造的可行性，解決制造過(guò)程中零件變形超限和殘余應(yīng)力失效的問(wèn)題，將每個(gè)組件的構(gòu)建測(cè)試次數(shù)減少至2次。同時(shí)，在構(gòu)建模型之前，利用仿真軟件可以獲得構(gòu)建的最佳方向和支撐策略，如此便可以在第一個(gè)迭代步驟中將組件的失真降低70%以上，極大提高增材制造的準(zhǔn)確度與制造效率。
02一次性“打印”賽車(chē)軸承座
問(wèn)題挑戰(zhàn)
零件嚴(yán)重變形 部件與支撐結(jié)構(gòu)分離
輕量化是汽車(chē)行業(yè)變革的趨勢(shì)，在賽車(chē)界這種趨勢(shì)更加明顯。為此，德國(guó)的Green Team車(chē)隊(duì)聯(lián)系到全球金屬增材制造領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一Renishaw，希望可以重新設(shè)計(jì)原本由鋁材制成的軸承座，提高賽車(chē)性能。
然而，想要精確處理和打印軸承座如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也是極具挑戰(zhàn)性的，這與其它的熱分析過(guò)程很相似，許多工藝參數(shù)（例如堆積速度、熱源、粉層厚度）都會(huì)對(duì)打印零件的質(zhì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致零件嚴(yán)重變形以及部件和支撐結(jié)構(gòu)之間分離。
解決方案
?？怂箍档腟imufact Additive軟件，可提供一種宏觀尺度方法——固有應(yīng)變法，這種方法宏觀分析了制造過(guò)程中的固有應(yīng)變（包括塑性應(yīng)變、熱應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和相變應(yīng)變），同時(shí)用戶可通過(guò)軟件自有模塊對(duì)固有應(yīng)變進(jìn)行快速校準(zhǔn)。另外，為補(bǔ)償在軸承座內(nèi)側(cè)區(qū)域發(fā)生的變形，在軸承座內(nèi)壁加入四個(gè)插件并相應(yīng)使用Simufact Additive為其創(chuàng)建新的支撐結(jié)構(gòu)，極大改善圓柱度，在控制變形方面有了極大的改進(jìn)。
03避免復(fù)合材料“打印”翹曲變形
問(wèn)題挑戰(zhàn)
材料異性 行為 打印零件翹曲變形
復(fù)合材料3D打印的過(guò)程中，材料的逐層沉積會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜熱力載荷，鄰近微粒間或?qū)娱g產(chǎn)生的收縮性差異等，會(huì)使得材料本身產(chǎn)生各向異性 行為，最終影響零件的精確性。為了最大限度地實(shí)現(xiàn)3D打印的“一次性”成功，需要對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)模、加工過(guò)程及后續(xù)結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行一系列的仿真預(yù)測(cè)，通過(guò)閉環(huán)排列組合式分析調(diào)整，從而減小零件翹曲變形，找到最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。
Digimat-AM軟件中，在幾何體補(bǔ)償之后的翹曲變形預(yù)測(cè)
左側(cè):打印零件（紅色）和設(shè)計(jì)零件（綠色）的疊加
右側(cè)：實(shí)測(cè)模型，最大偏差低于0.1mm
解決方案
?？怂箍档腄igimat軟件團(tuán)隊(duì)與客戶通力合作，在考慮打印機(jī)內(nèi)部熱交換（傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射）的情況下，利用完全熱力耦合分析方法，來(lái)確定打印材料產(chǎn)生的翹曲變形，并通過(guò)微結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，預(yù)測(cè)打印工藝生成的翹曲變形，以零成本形式快速研究工藝參數(shù)對(duì)打印質(zhì)量和零件保真度的影響，實(shí)現(xiàn)翹曲變形的最小化，節(jié)約時(shí)間和材料，優(yōu)化制造工藝。
目前，?？怂箍档募夹g(shù)已經(jīng)覆蓋了汽車(chē)、航空航天、復(fù)合材料加工等領(lǐng)域的諸多知名品牌，打造了一張“增材制造質(zhì)控”的獨(dú)家名片。
