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盘点:3D打印仿真软件(上篇)

摘要: 3D打印 / 增材制造仿真是一个广泛的概念,从打印材料熔化,到刀具路径,再到打印后处理工艺,整套3D打印制造流程几乎都可以通过仿真软件进行模拟。借助仿真的力量,3D打印零件的设计能够得到优化,打印失败的情况也 ...

3D打印 / 增材制造仿真是一个广泛的概念,从打印材料熔化,到刀具路径,再到打印后处理工艺,整套3D打印制造流程几乎都可以通过仿真软件进行模拟。借助仿真的力量,3D打印零件的设计能够得到优化,打印失败的情况也将减少。但是由于仿真技术能够涵盖到整个3D打印过程,市场上各种3D打印仿真软件的应用侧重点也是不同的。

3D科学谷曾在3D打印仿真软件-Part 1一文中列举了几种3D打印仿真软件。本期,3D科学谷整理了另外几种3D打印仿真软件。

Materialise

Materialise 在其Magics 软件中集成了Simufact的仿真功能,金属3D打印操作人员无需在数据准备软件和仿真软件之间来回切换,即可利用仿真结果来修改部件的摆放角度和支撑。这个仿真模块易于使用,它不是一个研究工具,而是一个可以在日常运用的生产工具。

通过使用Magics中的仿真功能,用户可以快速发现并解决加工中的问题,降低加工失败的风险。这有助于提高金属增材制造的效率,从而改善运营利润。

Magics 软件中的仿真模块,图片来源:Materialise

Magics Simulation模块作为现有软件中的完全嵌入式集成仿真模块,用户无需在不同软件包之间进行更换就可以使用仿真。

Magics 仿真模块专注于金属增材制造仿真,采用基于Simufact仿真技术的机械固有应变方法,包括应变校准[和]模拟作业管理系统。它还具有无缝集成的可视化工具,如(反)变形,收缩线和重涂冲突和根据模拟结果调整支撑的能力。

Materialise 计划进一步通过仿真来自动推动金属增材制造工作流程,例如优化支撑结构,零件摆放方向,切片等,帮助3D打印用户将打印设备的容量使用最大化。3D科学谷了解到,未来,Magics软件集成的仿真模块将具有局部热的捕获功能,发布与热相关的构建扭曲。

西门子

开发一个新的金属3D打印零件往往需要进行多次尝试,但金属打印机和打印材料非常昂贵,从经济角度来看,用户没有太大的错误或返工空间。当金属3D打印作为一种工业生产技术时,保证初次打印时就获得成功则非常重要。

通过仿真技术对整个零件的构建过程进行模拟是实现这个目标的重要手段。对于整个构建过程的模拟包括模拟零件之间的热交互,支撑结构和残留粉末。此外,通过仿真模拟考虑对设计的几何调整以及抵消在构建过程中产生的热变形所必需的支持也很重要。

左图为仿真预测的打印失真情况,右图为原始CAD模型与实际3D打印叶片的3D扫描结果之间的偏差比较分析结果,图片来源:西门子。

西门子仿真软件的特点在于,采用务实的方法,模拟基于混合微观结构数据集,该数据集结合了计算和经验信息。这种方法能够校准过程,以持续改进模拟结果。西门子还看到了设计、仿真与增材制造之间自动化相互作用的价值,他们认为这将最大限度的减少首次打印零件的工作量。

增材制造仿真是西门子软件中一个比较新的模块,因此西门子仍持续研究增材制造仿真技术。例如,研究仿真精度和方差,与用户合作测试过程模拟的准确性,如何通过识别局部过热区域和调整这些区域的打印过程来抵消打印失真。

此外除了粉末床金属增材制造仿真,西门子还在开发塑料3D打印工艺、金属DED工艺,以及喷射工艺的增材制造仿真技术。

e-Xstream

e-Xstream 在2013年被仿真软件公司MSC Software Corporation收购。e-Xstream仿真技术的强项在于复合材料和结构多尺度建模,该公司专注于开发聚合物和复合材料3D打印仿真技术。

根据3D科学的市场研究,e-Xstream 本身是材料建模公司,其 Digimat 材料建模技术是e-Xstream 多尺度建模和非线性微观力学方面与大学、研究中心、企业进行了15年的协作研发的成果,3D打印复合材料仿真技术也是在这个基础之上推出的。

Digimat-AM中的翘曲分析,图片来源:e-Xstream

基于其Digimat材料建模技术和MSC有限元技术,e-Xstream 开发了一种综合增材制造解决方案,结合材料工程,工艺模拟和结构工程,以解决增材制造行业面临的主要挑战。

e-Xstream 拥有270多个等级和14,500个Digimat材料模型,并拥有复合材料模型数据库Digimat-MX。3D科学谷了解到,e-Xstream 正在为该数据库不断补充3D打印现成材料和打印机型号,如Solvay KetaSpire PEEK(用于熔融沉积成形工艺),Stratasys ULTEM9085和1010(用于熔融沉积成形工艺)或Solvay Sinterline 粉末(用于选区激光烧结工艺)。

在材料方面,e-Xstream正在扩展其材料工程工具(Digimat-MF和Digimat-FE),以便对3D打印材料进行虚拟复合,并模拟打印材料的行为。将过程各向异性考虑在内的先进材料模型,将通过Digimat-MX材料交换数据库进行构建、存储和提升。通过以上功能,3D打印用户能够减少对打印件物理测试的需求,了解推动材料行为的关键参数,并轻松创建新材料系统,例如轻量化的点阵结构。

在工艺方面,Digimat-AM 是一个针对FDM、SLS 增强复合材料3D打印的过程仿真软件解决方案,其作用是预测翘曲和补偿失真等打印问题。工程师能够通过工艺仿真技术评估参数设置对零件翘曲的影响,从而来更好地理解和优化打印工艺。

在性能方面,e-Xstream正在优化其Digimat-RP结构分析仿真技术。Digimat-RP 仿真技术的作用是,通过预测3D打印零件的性能(刚度、弹性等)来验证3D打印设计,例如刀具路径或构建方向。


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2019-3-26 12:02
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