利用 Ansys Additive 解决方案释放 Additive Manufacturing 的全部潜能
快速成型制造 (AM) 彻底改变了工程师设计和生产复杂零件的方式，提供了前所未有的灵活性和效率。然而，要充分发挥其优势，在从设计优化到打印和后处理的每个流程阶段，都必须采用强大的仿真驱动方法。Ansys 提供了一套全面的快速成型解决方案，专门针对这些关键阶段量身定制，以确保精度、可靠性和性能。在本博客中，我们将探讨从过程仿真到材料分析的每种 Ansys Additive 产品如何在增强 AM 工作流程、最小化风险和最大化打印成功率方面发挥关键作用。
Additive 宇宙
让我们看看 Ansys 工具是如何管理 AM 生态系统的：
- 增材制造设计 (DfAM)。 专门针对增材制造（AM）工艺优化设计的工程方法，而不是简单地将传统设计用于三维打印。DfAM 利用增材制造的独特能力，如复杂的几何形状、轻质结构和材料效率，在提高性能的同时减轻重量、降低成本并缩短生产时间。DfAM 的主要原则包括拓扑优化、晶格结构、部件整合以及最大限度地减少支撑材料，以提高可制造性和后处理能力。其中重要的工具有 发现 和 机械。 第一种工具可以快速修改几何图形、创建晶格和轻质几何图形，并能轻松完善为增材制造而优化的复杂形状。拓扑优化工具可帮助工程师生成既能保持强度又能减少材料用量的轻质有机结构。对于这项任务 发现 和 机械 可以使用。假肢是生物医学应用中拓扑优化的一个众所周知的例子。
- 构建设置 是指打印前的准备过程，以确保成功高效的构建。它包括确定零件方向、在构建板上定位多个零件、生成支撑结构以及定义打印参数，如层厚、扫描策略和材料设置。正确的构建设置对于最大限度地减少变形、优化材料使用和减少后期处理工作至关重要。
Ansys Additive Prep 是一种工具，可帮助您准备将进行添加式制造的零件。Additive Prep 内置于 Ansys SpaceClaim 中，并与添加剂工作流程紧密集成，无论您是通过模拟 AM 流程继续工作流程，还是直接将零件发送到构建室。根据构建时间、支撑体积和变形趋势等优先事项确定零件的方向，然后自动为其生成支撑。调整构建策略和参数，生成构建文件，然后在 “切片查看器 “中查看切片内的扫描矢量或构建中的切片并制作动画。生成的具有相关扫描模式的最佳定向零件和支撑件可用于打印或使用以下工具进行仿真 快速成型打印 或 机械.图中，支撑几何图形由 Ansys Additive Prep.
- 过程模拟 增材制造中的工艺仿真涉及使用计算模型来预测和分析打印过程中发生的物理现象。它可以帮助工程师了解热效应、残余应力、变形以及翘曲、过热或不融合等潜在缺陷。通过模拟热分布、材料行为和支撑相互作用等因素，工艺模拟可以在打印前优化构建参数、零件方向和支撑结构。这就减少了成本高昂的反复试验，提高了零件质量，并确保 AM 生产具有更高的可靠性和可重复性。 Ansys Additive Print – 这是一款独立的工具，用于 3D 打印机操作员对零件进行快速模拟，以通过预测零件变形、建议和验证构建准备（方向和支持需求）、减少原型测试来确保零件成功打印。
包含在 Additive Print 和 Additive Suite 许可中。
更高级的模拟可在 安世机械 来预测零件的宏观变形和应力，以防止制造失败，并为改进增材制造设计提供趋势数据，包括使用不同附加组件的零件定向、支撑位置和尺寸：
在激光粉末床熔融（LPBF）–又称 DMLM、DMLS 或 SLM–中，沉积一层薄薄的金属粉末，然后用高度集中的激光束熔化粉末，使其与前一层熔合。这一过程逐层重复，最终形成一个坚固的零件。第一层沉积在构建板或基板上，为结构奠定基础。在定向能量沉积（DED）工艺中–也称为 LENS、EBAM®、WAAM 或 LDT–激光或电子束会在先前凝固的材料上形成一个熔池，然后引入吹塑粉末或送丝来添加材料。与从粉末床制造零件的 LPBF 不同，DED 可进行局部材料沉积，因此适用于维修、涂层和较大的结构。
PBF 和 DED 工艺都会产生高温和陡峭的热梯度，导致过热、变形和残余应力。这些应力会导致严重变形，影响后续层的沉积，甚至导致裂纹和零件从构建板上脱落。此外，一旦零件从构建板上脱落，残余应力会导致进一步变形，从而偏离预定的几何形状。
烧结工艺模拟有助于预测复杂零件的收缩和重力翘曲，减少设计过程中的试错，同时扩大可行几何形状的范围。一旦材料系统校准良好，结果可重复，就可以采用补偿算法修改设计，确保最终形状符合尺寸规范。
众所周知，CAD 模型经常需要调整，以补偿制造过程中出现的变形。仿真软件中的变形补偿是纠正这些偏差的有力工具。实现变形补偿几何体的过程可能只需一次求解，也可能需要多次迭代，具体取决于应用和公差要求。选择适当的方法取决于材料特性、制造限制和最终零件规格等因素。
- 材料分析。 该工具是 为科学家提供了一个探索环境，其独立界面与 Additive Print. 目标 添加剂科学 是在给定一台 LPBF 机器和一种材料的情况下，确定用于制造零件的最佳工艺参数组合。首先要进行单珠参数模拟，根据熔池尺寸将工艺参数组合缩小到较少的可接受候选参数。通常情况下，您需要使用从单珠模拟中选择的参数进行孔隙率模拟，以确定与这些工艺参数相关的熔融不足孔隙率。最后，微观结构模拟可显示有关晶粒形态的信息，并可与电子背散射衍射 (EBSD) 实验室测试进行比较。
- 数据采集和管理。 Ansys Granta 通过提供管理材料数据的综合解决方案，它在增材制造周期的数据采集和分析步骤中发挥了重要作用。通过 安思 格兰塔 MI现在，工程师可以从他们的增材制造项目中捕捉和分析正确的信息，这有助于将解决方案更快地推向市场，并提高对关键工艺和属性关系的理解。将易于使用的机器学习集成到 格兰塔 MI 减少增材制造中的试验和错误，优化数据和项目知识。此外、 格兰塔 MI 从测试实验室到设计数据，Granta MI 可确保高效、可追溯的材料测试和分析流程，从而实现投资回报最大化。这在快速成型制造中尤为重要，因为了解材料特性和工艺参数对于零件鉴定和充分发挥技术潜力至关重要。
- 零件鉴定。 ANSYS 生态系统集成了设计验证、结构和热分析以及文档控制，在增材制造 (AM) 零件鉴定中发挥着至关重要的作用，以确保高质量、可认证的零件。ANSYS Additive Suite 使工程师能够通过拓扑优化和变形补偿来验证设计，从而确保可制造性。ANSYS Mechanical 和 Fluent 可进行结构和热分析，预测应力、残余应变和热分布，防止故障发生。ANSYS Granta MI通过捕获材料数据、工艺参数和测试结果来确保可追溯性，从而简化了航空航天和医疗设备等行业的文档控制和认证，以符合法规要求。这种整体方法最大限度地减少了试验和错误，降低了成本，加快了 AM 零件的审批。
结论
安世快速成型解决方案提供了一种功能强大的仿真驱动方法，可充分释放以下技术的潜力 快速成型制造 (AM).通过集成 设计验证、构建准备、过程模拟、材料分析和数据管理在整个 AM 工作流程中，Ansys 可确保精度、可靠性和效率。从 DfAM 原理和拓扑优化 以 热应力预测和变形补偿Ansys 工具可帮助工程师减少试验和错误、优化零件性能并加快速度。 零件鉴定和认证.通过利用 用于数据可追溯性的 Granta MI 和用于高级仿真的 Additive Suite因此，制造商可以放心地生产高质量、可认证的零件，同时最大限度地降低生产风险和成本。