Material Center 在增材制造中的应用

CAE大拿

增材制造是一种为数字化制造提供中坚支持的技术。增材制造（AM）技术有利于促进分散式生产的发展，提高生产速度、降低成本、减少零件数量，其中包括减少用于构建复杂几何形状所需的工具作业和装置用量，产品设计和变量的专业化定制以及生产使用传统制造方法无法轻易制造零件的能力。

为实现增材制造的全面效益，我们所面临的最大挑战就是保证零件的可重复生产性及始终如一的高质量。零件质量的驱动因素在于其与"制造成品"零件之间的差异。这两者之间的差异主要包括以下几个因素：增材系统、材料、构建信息、零件信息和过程参数。因此，需对零件的生产过程加以严格限制才能获得高质量的产品。然而，这个过程不但成本昂贵而且还十分耗费时间，这会致使增材制造所创造的效益有所减少。

理解制造和过程参数的变化性对于确定可计量的产品属性以及零件性能而言是至关重要的。

传统材料的特性描述都是从试验材料开始的，通常都是分批（典型的挂片级测试） 解释材料属性的变化性。然后，再使用统计法将测试数据转化为工程属性来解释这些变化性。最后，将材料属性运用到工程设计当中。在传统方法中，制造过程的影响介于充足的允许范围之内，以保持统计信心。我们将这种方法称为"Right of Test"，如下图所示，表明了从测试到用户的过程。

这种方法对于使用传统制造方法的材料建构十分有效，因为其中的制造过程参数都很好理解也十分便于控制。然而，就增材制造而言，其过程输入的数据更多，而且在各批次材料属性的统计变化中也扮演着更加重要的角色。此外，虽然过程的变化性允许材料和零件性能得以调整并按照设计应用进行优化，但同时也为零件的一致性带来了独特的挑战。

对于材料属性及零件性能的预测而言，制造过程变化的可量化性是至关重要的。其中，最关键的是要获取所有的信息性， 无论是“ Right ofTest”还是“Left of Test”，以完全掌握一个挂片、样品或零件的特性。

对于增材制造而言，获取输入和原位数据至关重要：

• 添加物系统（制造商、模型、软件版本、机器使用年限及历史等）
• 添加物材料（制造商、类型、等级、尺寸等）
• 构建信息（操作员、构建基板的情况、构建基板的位置等）
• 零件信息（ CAD/STL文件、g代码、维度、内部结构等）
• 过程（壳数、层高、筏板、支架、温度、功率等）
  
  

从制造（Left of Test）到测试、材料工程（Right of Test）和上部工程的完整曲线代表完整的生命周期阶段。

目前，大多数的此类数据都是由"Travelers"在材料生产过程中获取的，而且通常都是与经过测试的数据相互分离的。对过程参数敏感的制造方法，比如增材制造，用可追溯的方法，获取这些信息来开发一个用于验证增材制造零件的质量系统是非常关键的。

MSC的Material Center在整个增材制造过程中都发挥了至关重要的作用，它可允许在单一系统获取所有的制造过程参数，比如"Left of Test"，而且它还能将构建的输入数据与测试零件的结果相关联。收集的数据会在统计上被减少，并被用作有限元或材料模型的设计许用值，以预测零件和装配件的性能。

最后，分析所生成的虚拟测试数据会被传送回Material Center并被原位监测信息所覆盖，以对所构建的零件加以验证。Material Center 涵盖金属生命周期的全过程，比如材料开发计划，材料从概念到支持物的整个产品生命周期的使用。