案例分享|仿真增材制造 - yes; 为了更好地制造，还是设计？
仿真金属的增材制造可以更好地控制零件的制造。 其中，托盘撕裂是比较严重的制造风险之一。 当零件在试制时才发现这个问题是否为时已晚？在金属增材制造中，每种加工方法都有适和自己的设计规则。打印过程中，由于材料相变引起的打印变形和热机应力是最难控制的。。在增材制造过程中发生的热效应严重影响了打印质量。。例如，在增材制造中，越来越多地使用钛，这也增加了潜在故障的数量。因为，钛的熔化温度高，并且散热性差，积聚的热量使得基板发生变形面对这样的数量，如果生产周期不是从在基板上把零件拿下来开始的，那么就必须进行张力释放。如果不是这种情况，就可以在“基板”上进行应力释放热处理，允许释放部分张力，但是会留下残余变形。这些变形是否可以接受？是否可以像成型零件一样将其拉直？使用钛会遇到这么多困难，那么为什么不用铝合金呢？必要的对话在开始制造之前，设计师和制造者之间需要进行交流。鉴于设计师对一些精巧的方法知道的很少，因此交流的时间和结果非常重要。 设计师能力的提高，能够更快的对零件的“可制造性”做出判断。发生撕裂、变形和破裂的风险....在增材制造中，设计师必须知道零件在基板上的方向。 最重要的是，他应尽力使打印高度最小，，这决定了大部分的打印成本。 涂层是既耗时又昂贵的，特别是在机器运行很慢的情况下。 还应该尽量使支撑的数量最少，因为手动移除支撑的成本也很高。 但是，这样的方向有可能不利于零件的变形。考虑到我们有满足功能要求和成本目标的3D几何模型，通过制造仿真，来验证设计的主线是一件非常有趣的事情。越早调整零件的设计，零件打印过程的修改就会越少。 在这种情况下，及时完成对变形趋势的预测，就可以控制设计。目前有许多软件解决方案这里我们不讨论提出的解决方案的细节，而只是在设计阶段转移对它们的需求。我想要进行多次的迭代更改，因此需要一个能够快速运行的解决方案。 可以降低精度，只保留趋势预测。软件校准这个软件解决方案是基于通用的机器使用模型。 可以通过“校准”，使仿真更好的反映机器/材料/相关参数的特性。 这涉及发行商提供的“校准样本”以及测量打印过程中，不同阶段的变形。 这些测量结果将被导入到软件中，并完善模型。 但是，只有在要求精确值来创建预变形的3D模型时，才需要进行这些校准。对于趋势，可以进行简化过程。在图1中，简单的钛圆柱拉伸试样在成型平台上翘起。 零件高度的三分之二是在支撑疲劳和脱落之前制造出来的。没人能预料到这个情况，但最好的结果是生产中断，最坏的结果是如果刮板或辊子撞到被测零件，机器就会发生故障。通过几次实践，可以防止这种“香蕉效应”。 在有专用软件之前，“优秀制造者”的设计和制造经验能够减少制造失败的次数。 因为试件必须测试出一个精确的打印方向，并且由于材料用量已经确定，唯一的解决方案是通过添加完整材料的支架来加强支撑，但是这样就必须通过机械加工来消除支撑。图 1 : 制造失败的简单圆柱拉伸试样当开始加工试样的整体的笔直拉伸的部分时，它却从基板上脱落了。 由此可以得出一个规律：“增材制造不适合加工大长度连续表面”。 如果要加工的话，那么必须分段打印 。对于更复杂的情况谁能在更复杂的零件上预测出问题区域呢？ 使用正确的工具，仿真可以检测到它们。 图2和3表示展示了简化的零件模型，存储了有问题的要素。 由于打印方向已经确定并且无法进行加工恢复，零件将放置在基板的黄色表面上，而在红色和绿色的表面上需要设计打印支撑。图 2 & 3 : 隐藏支架的简单零件支撑结构的意料之外的局部故障在图4中，很明显，在打印过程的早期就发生了支撑翘起，从而不得不中断制造过程。图 4 :打印过程早期发生了支架翘起首件的仿真经过半小时的数据输入和计算，图5显示了一个非常清晰的最大位移区，位于几何体和支撑之间的边界处，这个位置是仿真验证的高风险分离区。图 5 : 清晰的最大位移区如何解决这个问题？用刚性和固体材料替换支撑意味着必须重新加工，在这个案例中，这是不允许的。通过沉孔的方法，减少受干扰区域的材料数量是可行的。 但是，这就足够了吗？ 在这种情况下，需要设计师的参与。 在图6中，我们可以看到拔出的风险大大降低了。 但是，随之而来的是层压板边缘开裂的风险加大了……6/7-更少的材料和更好的分布防止了局部约束的累积。 最好的方法是通过将“固定功能”限制在局部凸台上，将材料限制在严格的要求范围内。材料的节省与拓扑优化的准则非常契合：“在正确的位置，出于正确的原因，使用适量的材料”。 因此，对解决方案的质疑是设计师的责任。图 6 & 7 : 更少的材料和更好的分布防止了局部约束的累积在设计办公室仿真只要能够大致了解零件的性能，设计师甚至可以在打印之前进行。 一旦避免了发生撕裂的风险，就应注意从基板上取下后的持续变形的处理。 然后是时候讨论预变形零件的管理了，但这是另一件事了！关注MSC官方公众号查看更多技术案例、会议信息、培训公告
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