導 讀

增材制造,又叫3D打印,是以數字模型文件為基礎,將材料逐層堆積形成三維實體的技術,原理看似簡單,但它對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生了深刻影響。當前增材制造技術面臨可靠程度低和不可預測性等問題,而采用基于物理的仿真技術來優化材料、工藝、結構設計等參數,不僅能夠預測增材制造的加工過程,而且有助于實現一次性打印成功的目標。

如何實現增材制造在完整工藝鏈中的集成?

本期討論的主要問題

  • 國內增材制造技術發展現狀及研究重點是什么?
  • 增材制造看似火熱,但應用普及很是緩慢,問題出在了哪里?
  • 仿真技術可以應用于增材制造工藝的哪些環節?
  • 需要滿足什么條件,才能應用增材制造技術生產出輕量化、高性價比的優質產品?
  • 增材制造所生產的產品表面為何不是過于粗糙,就是過于精細?
  • 與傳統制造方式相比,增材制造在提高材料利用率方面有什么優勢嗎?
  • 增材制造未來發展的趨勢是什么?

增材制造過程所面臨的各種挑戰

業界觀點

朱戈

朱 戈

歐特克仿真技術經理

關于增材制造應用普及緩慢

"個人認為,很多問題出在對基礎科學的研究。因為國內很多企業只是熱衷于買幾臺3D打印設備來使用,而沒有接近底層的研發,例如對金屬材料的熔融再結晶的特點、熱處理的工藝特性等這些材料科學方面的研究不夠深入,增材制造的底層研發都沒做好,更別說普及了。"

關于仿真技術可以應用于增材制造工藝的哪些環節?

"其實仿真技術是可以貫穿產品從設計到制造的整個周期的,注意這里說的是"從設計到制造",而不只是"增材制造",因為增材制造只是整個產品生產周期的一個環節。例如傳統的拓撲優化引入了增材制造的設計仿真,增材制造自身的加工約束——諸如考慮添加支撐、熱處理、去除支撐、控制預變形等問題也都可以通過仿真分析而解決。"

關于應用增材制造技術生產輕量化、高性價比的優質產品所需要的條件

"就使用條件而言,用好增材制造技術前提條件包括人員培訓、知識儲備、物料準備、軟硬件投入等。由于我所在的是軟件公司,所以單從軟件的角度來看,最好能掌握覆蓋全流程的3D打印軟件,包括模型修復、仿真優化、打印排版、添加支撐、制作切片、設計/優化激光路徑、生成機代碼、過程仿真分析、模型預變形/補償等功能。"

徐成斌

徐成斌

澳汰爾高級技術工程師

仿真技術可以應用于增材制造工藝的哪些環節?

"仿真技術在增材制造的設計階段就可導入,一直到成品階段都有相關應用。具體而言,仿真技術在增材制造過程中可分為四個主要應用場景,分別是設計階段、打印準備階段、制造過程仿真階段和增材制造修補階段。此外,目前的增材制造應用往往還需結合傳統工藝,互補各自不足,這自然會運用到相關如鑄造仿真或加工中心的仿真技術。"

增材制造所生產的產品表面為何不是過于粗糙,就是過于精細?

"目前的增材制造技術,無論是熔融堆積還是激光燒結,都限定了噴頭(激光頭)的有效大小和電機步進都僅能在非常小的范圍內調整。同樣的問題,在早期的車床和銑床加工中也出現過。相信隨著增材制造技術的發展,配備多噴頭(或大功率激光器)的設備和與之配套的路徑規劃軟件應該同樣能改善直至解決這一現狀。"

與傳統制造方式相比,增材制造在提高材料利用率方面有什么優勢嗎?

"增材制造能提高材料利用率是顯而易見的。在加工過程中,增材制造只要合理回收粉料,就可用于二次生產,幾乎不存在多余浪費;在設計端,由于不再受加工方法的限制,結構設計只需要其真正需要的材料了,例如某結構需要提高剛度,在傳統設計中因為考慮加工方便常常添加一整塊肋板,在增材制造中可以直接制造出一根筋條達到相同的效果,而材料僅使用原有的一半甚至更少。"

包剛強

包剛強

安世中德技術總經理

關于國內增材制造的發展現狀和研究重點

"整體來看,國內增材制造前景可觀,但任重而道遠。增材制造研究的重點主要包括:增材新材料尤其是金屬材料研究和開發;國產增材建模,工藝設計,工藝仿真軟件應用與開發;核心設備如激光器,振鏡系統等的研發和制造;打印效率提升,打印成本降低等技術解決方案研發;國內行業標準建立;工業界應用尤其是金屬產品的實際應用;dfAM工業產品應用。"

關于仿真技術可以應用于增材制造工藝的哪些環節?

"通過梳理增材制造工藝的研發完整流程,仿真技術可以應用到設計、驗證、工藝模擬、后處理仿真模擬、產品性能虛擬試驗、運營與維修仿真分析的環節。"

關于增材制造未來的發展趨勢

"我認為主要有四個方面,一是以增材思維為核心的dfAM在工業界的應用;二是更多金屬合金開發;三是體素結構設計和打印;四是AI,大數據在增材制造中的深度應用。"

增材制造工藝仿真的價值

增材制造工藝仿真解決方案集錦

ANSYS

ANSYS增材制造工藝仿真解決方案

ANSYS增材制造工藝仿真套件提供了從結構設計到打印工藝的完整解決方案。包括拓撲優化、部件驗證、打印設置、工藝過程仿真、支撐生成、打印失敗預防、微觀結構預測等,幫助用戶完成增材制造工藝設計而無需昂貴而耗時的試錯過程。

Autodesk

Autodesk增材制造解決方案

Autodesk Netfabb是一款為增材制造打造的專業解決方案,致力于幫助用戶實現端到端的工作流。該軟件不僅提供高效的構建準備功能,有助于減少準備時間和物料消耗,其中包含的設計優化工具還能根據零件的載荷和約束對零件的硬度和重量進行優化,為實現輕量化設計鋪平道路。

MSC

MSC增材制造解決方案

Simufact系列產品是MSC軟件公司用于金屬工藝制造領域的仿真分析旗艦產品,包括Simufact Additive、Simufact Welding等。MSC擁有對增材制造工藝進行建模需要的各種仿真能力,以應對熱源形態、流體流動、微觀結構相變、殘余應力,以及變形、優化形態等。

Altair

Altair增材制造解決方案

Altair的優化技術能夠生成具有有機外觀的高效形狀,非常適合高級制造方法。耦合增材制造(AM)和拓撲優化極大地提升了設計的自由度和創造力,能夠打造出最佳設計。在結構性能方面,為充分利用增材制造的優勢,挖掘此方法在輕量化和性能方面的所有潛力,Altair提供多種方法。

PTC

PTC增材制造解決方案

PTC Creo中的增材制造解決方案,堅持所見即打印結果,從最初的概念一直到打印,皆可在Creo中實現。用戶利用Creo,可以設計、優化、驗證和打印檢查只能通過增材制造生成的高度復雜的幾何。該解決方案的主要優點包括晶格創建和互聯打印機支持等。

持續更新

增材制造前沿視頻

GE如何利用增材制造將燃氣輪機GT13E2進行性能升級

Multimechanics 仿真復合材料

相關報道

揭開金屬增材制造技術面紗 創成式設計與增材制造,顛覆傳統設計制造模式
山东群英会开奖走势