减轻增材制造的压力

作者:Gregor Graf，德国Pfinztal roswag Engineering的工程主管

为了优化客户零件的几何形状，减少打印故障并缩短开发时间，罗斯瓦格团队采用了Ansys Additive print，该技术可以模拟材料在打印过程中的行为。万博该方法预测了零件的变形和应力，设计了最优的支撑结构进行变形补偿。得益于该软件，工作比竞争对手提前几个月完成。复杂工作的设计可节省20%的时间，简单工作的设计可节省50% - 60%的时间。

随着增材制造的普及，导致零件故障的可靠性问题仍然存在。利用万博Ansys Additive Print，罗斯瓦格工程师在打印前确定应变，以消除变形、应力和叶片崩溃，并减少构建的数量。

增材制造(AM) -也被称为3D打印-正在颠覆创新，彻底改变全球公司设计和开发替换部件、强化产品和新发明原型的方式。万博网作为金属AM服务的全球领导者，罗斯瓦格工程公司创新了功能优化的金属部件，具有难以置信的复杂内部结构和复杂形状，适用于众多飞机、能源和石油和天然气业务。

这三个不同的自行车车架部件，包括鞍座夹，都有很高的公差要求。这些零件必须完全对齐才能组装。万博Ansys Additive Print有助于显著减少变形，从而在不需要生产样品部件的情况下按时满足所有要求。

当罗斯瓦格工程公司推出金属AM生产时，一个高度复杂的项目可能需要多达10次打印迭代才能产生所需的几何形状。打印过程中的材料行为仍然是不可预测的，这就需要这种试错方法。由于内部应力和热变形导致的单个构建(打印)失败可能会使公司花费数千美元的开发时间，延迟向客户交付部件，并损坏昂贵的AM机器的部件。

为了优化客户零件的几何形状，减少打印故障并缩短开发时间，罗斯瓦格团队采用了Ansys Additive print。万博作为该公司设计过程的一部分，Additive Print模拟了材料在打印过程中的行为。该方法预测了零件的变形和应力，设计了最优的支撑结构进行变形补偿。由于该软件前所未有的效率，工作比竞争对手提前几个月完成。复杂工作的设计可节省20%的时间，简单工作的设计可节省50%-60%的时间。

利用Ansys Addi万博tive Print，团队降低了支出，提高了可靠性，并比以往任何时候都更快地向客户交付产品。”万博网

万博Ansys添加剂准备

万博Ansys Additive Prep简化了面向零件和开发先进支撑结构的过程，而不会牺牲机器时间或打印材料。

一旦选择了零件的最佳构建方向，软件就会检测出需要支撑的关键区域，并插入所需的支撑类型。在几秒钟内，它自动生成一组复杂的支撑几何图形，以在打印过程中加强零件。

模拟生成热图，识别潜在的应变，并揭示建造方向将如何影响支撑结构和建造时间。

利用印刷过程模拟对抗应变

为了计算和预测变形、残余应力、叶片崩溃和其他打印问题，该团队使用了Additive Print。通过早期通过仿真检测这些问题，工程师可以确定适当的修改和重新设计部件，大大减少了构建的数量。具有三种应变检测模式，保真度不断提高，添加剂打印模拟在合理的时间范围内产生。

该团队使用假定的均匀应变能力，以一层一层的方式分析零件，类似于打印机建立材料层的方式。该模拟提供了快速的周转和对零件将经历的位移模式的良好理解。

扫描模式应变模拟计算了激光扫描方向对每个粉末层的影响，并为团队提供了更多的保真度和细化。基于激光的运动方向，该模拟准确地评估了熔池内应变的元素差值。

利用热应变模拟来进行热力学分析，罗斯瓦格设计人员计算了零件每个扫描矢量内几乎每个点的加热和冷却。通过高达15 μm分辨率的高保真模拟，该能力可以检测非常精细的特征和应变差异，高精度地揭示零件变形。

模拟还有助于预测和识别零件上最有可能导致打印事故的区域，例如刀片崩溃。当制造的零件缺乏足够的支撑结构时，就会发生这种情况，并向上倾斜，与重压板叶片相撞，损坏零件，并可能损坏机器。增加支撑结构可以抵消热应变挑战，以稳定部件，防止它像薯片一样卷曲。

基于这三种模态的预测，工程师确定了零件的最佳几何补偿。如果检测到变形，该团队就会使用软件的自动变形补偿工具，该工具将所需的几何形状反向扭曲，以便在打印过程中恢复到正确的形状。

在传统制造部件上添加高度复杂的叶片结构和内部通道结构的专利生产工艺可能是航空航天和能源机械行业的下一个游戏规则改变者。

生成支撑结构以防止应变

如果模拟显示了应变，设计师就会使用这些数据来识别几何结构中有助于减轻应变的变化点。工程师使用传统的基于几何的算法生成支架，或者使用Additive Print自动生成的基于物理的支架，以所需的方向打印零件。

在下一轮模拟中，软件将揭示支撑结构的有效性，并确定是否需要更多的稳定性，以确认该部件将在没有意外变形的情况下建造。或者，零件的设计可以改变以避免可能的变形。在打印之前，团队将通知客户拟议的部件几何修改并获得批准。

增材制造的零件与试件机械测试在一个构建板显示在这里。

接下来，罗斯瓦格团队打印零件，如果需要，还可以加入支架。根据零件的几何形状，如果有关键的或悬垂的边缘，支撑结构将用于传热和加强需要它的层。打印完成后，设计师通过3D激光扫描仪扫描和测量来验证零件的几何形状，以证明零件与客户批准的几何形状匹配。

“使用添加剂打印简单部件，该公司每月节省约4个建造工作。这简化了roswag的运营，每年节省10万欧元(约11.2万美元)。”

简化工作流程，节省时间和金钱

增材打印对于提高结果的可靠性仍然是不可或缺的，这可以从优化部件所需的低打印数量上反映出来。例如，如果团队在两次打印而不是四次或五次打印完成工作，那么生产过程的可靠性就更高。

使用添加剂打印简单部件，该公司每月节省约4个建造工作。此举简化了罗斯瓦格的运营，每年可节省10万欧元(约合11.2万美元)。

对于复杂零件，该模拟软件为该公司每个项目节省了3万欧元(约合3.3万美元)，相当于10个打印工作。因此，由于每项工作需要两到三天才能完成，因此可以节省20到30天的打印时间。

用加法打印制造自行车

罗斯瓦格团队第一次使用Additive Print来帮助当地的一名大学生，他需要为设计比赛制作一辆自行车。他创建了一个复杂的CAD设计，罗斯瓦格帮助他进一步改进了框架设计。

该团队挑战自己，开发AM部件，并将它们与非AM生产的部件连接起来，这些部件由碳纤维制成，构成框架的三分之一。这就提出了一个设计问题，因为模拟显示了变形，阻止了部件的连接。模拟还揭示了一些外表面的轻微变形(美容问题)。

为了解决车架变形的问题，工程师在没有增加支撑结构的情况下修改了自行车的几何结构。此外，他们调整了其外表面的几何形状，以达到抛光的外观。

为了打印这些部件，该团队使用了SLM 280HL选择性激光熔化系统。打印完成后，罗斯瓦格使用3D扫描系统来确认打印部件是否符合其几何规格。

利用Ansys Add万博itive Print来消除打印过程中的压力，已经将roswag的AM能力提升到一个新的水平。该公司大幅降低了支出，提高了可靠性，并以前所未有的速度向客户交付产品。万博网