Presentación de las soluciones de fabricación aditiva de Ansys

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Liberar todo el potencial de la fabricación aditiva con las soluciones Ansys Additive

La fabricación aditiva (AM) ha revolucionado la forma en que los ingenieros diseñan y producen piezas complejas, ofreciendo una flexibilidad y eficiencia sin precedentes. Sin embargo, para aprovechar plenamente sus ventajas, es esencial un enfoque sólido basado en la simulación en cada fase del proceso, desde la optimización del diseño hasta la impresión y el postprocesado. Ansys ofrece un conjunto completo de soluciones aditivas adaptadas para abordar estas etapas críticas, garantizando la precisión, la fiabilidad y el rendimiento. En este blog, exploraremos cómo cada producto Ansys Additive -desde la simulación de procesos hasta el análisis de materiales- desempeña un papel crucial en la mejora del flujo de trabajo de AM, minimizando los riesgos y maximizando el éxito de la impresión.

Universo aditivo

Veamos cómo gestionan el ecosistema AM las herramientas Ansys:

• Diseño para la fabricación aditiva (DfAM). Enfoque de ingeniería que optimiza los diseños específicamente para los procesos de fabricación aditiva (AM), en lugar de limitarse a adaptar los diseños tradicionales para la impresión 3D. El DfAM aprovecha las capacidades únicas de la AM, como las geometrías complejas, las estructuras ligeras y la eficiencia de los materiales, para mejorar el rendimiento y reducir al mismo tiempo el peso, el coste y el tiempo de producción. Los principios clave de la DfAM incluyen la optimización de la topología, las estructuras reticulares, la consolidación de las piezas y la minimización del material de soporte para mejorar la fabricabilidad y el postprocesado. Las herramientas importantes aquí son Descubrimiento y Mecánica. El primero permite modificar rápidamente la geometría, crear entramados y geometrías ligeras y facilitar el perfeccionamiento de formas complejas optimizadas para la fabricación aditiva. Las herramientas de optimización topológica ayudan a los ingenieros a generar estructuras ligeras y orgánicas que mantienen la resistencia al tiempo que reducen el uso de material. Para esta tarea tanto Descubrimiento y Mecánica pueden utilizarse. Las prótesis son un ejemplo bien conocido de optimización topológica en aplicaciones biomédicas.

• Configuración de la construcción se refiere al proceso de preparación previo a la impresión, que garantiza una construcción satisfactoria y eficiente. Implica orientar la pieza, colocar varias piezas en la placa de impresión, generar estructuras de soporte y definir parámetros de impresión como el grosor de la capa, la estrategia de escaneado y los ajustes del material. Una correcta configuración de la construcción es crucial para minimizar las distorsiones, optimizar el uso del material y reducir los esfuerzos de postprocesado.

  Preparación aditiva de Ansys es la herramienta que le permite preparar las piezas que serán fabricadas aditivamente. Additive Prep está incorporada en Ansys SpaceClaim y estrechamente integrada en el flujo de trabajo aditivo, tanto si va a continuar su flujo de trabajo simulando el proceso de AM como si va a enviar su(s) pieza(s) directamente a la cámara de construcción. Oriente su(s) pieza(s) en función de sus prioridades de tiempo de construcción, volumen de soportes y tendencia a la distorsión y, a continuación, genere automáticamente soportes para ellas. Ajuste su estrategia y parámetros de construcción, genere un archivo de construcción y, a continuación, visualice y anime los vectores de escaneado dentro de una rebanada o las rebanadas dentro de una construcción en el visor de rebanadas. Las piezas y los soportes óptimamente orientados resultantes con el patrón de escaneado asociado están listos para imprimir o para simular mediante Impresión aditiva o Mecánica. En la imagen, geometrías de soporte generadas por Ansys Additive Prep.
  
  

• Simulación de procesos en la fabricación aditiva consiste en utilizar modelos computacionales para predecir y analizar los fenómenos físicos que se producen durante el proceso de impresión. Ayuda a los ingenieros a comprender los efectos térmicos, las tensiones residuales, las distorsiones y los defectos potenciales como el alabeo, el sobrecalentamiento o la falta de fusión. Al simular factores como la distribución del calor, el comportamiento del material y la interacción del soporte, la simulación del proceso permite optimizar los parámetros de construcción, la orientación de la pieza y las estructuras de soporte antes de la impresión. Esto reduce las costosas iteraciones de prueba y error, mejora la calidad de las piezas y garantiza una mayor fiabilidad y repetibilidad en la producción de AM.Herramientas como Ansys Additive Print – Una herramienta independiente para que los operarios de máquinas de impresión 3D realicen simulaciones rápidas de piezas para garantizar que se imprimirán con éxito mediante la predicción de las bandas de rodadura de la distorsión de la pieza, la recomendación y validación de la preparación de la construcción (necesidades de orientación y soporte), la reducción de las pruebas de prototipos
  Incluido con las licencias Additive Print y Additive Suite.
  
  
  Se pueden realizar simulaciones más avanzadas en Ansys Mechanical para predecir las distorsiones y tensiones a nivel macro en las piezas con el fin de evitar fallos en la fabricación y proporcionar datos de tendencias para mejorar los diseños para la fabricación aditiva, incluida la orientación de las piezas y la colocación y dimensionamiento de los soportes utilizando diferentes complementos:

  
  En la Fusión por Lecho de Polvo Láser (LPBF) -también conocida como DMLM, DMLS o SLM- se deposita una fina capa de polvo metálico y un rayo láser altamente focalizado funde el polvo, fusionándolo con la capa anterior. Este proceso se repite capa a capa, formando una pieza sólida. La primera capa se deposita sobre una placa de construcción o sustrato, proporcionando una base para la estructura.

  En la deposición de energía dirigida (DED) -también llamada LENS, EBAM®, WAAM o LDT- un haz láser o de electrones crea un baño de fusión sobre material previamente solidificado, donde se introduce polvo soplado o alambre alimentado para añadir material. A diferencia del LPBF, que construye piezas a partir de un lecho de polvo, el DED permite la deposición localizada de material, lo que lo hace adecuado para reparaciones, revestimientos y estructuras más grandes.

  Tanto los procesos PBF como DED generan altas temperaturas y gradientes térmicos pronunciados, lo que provoca sobrecalentamiento, distorsión y tensiones residuales. Estas tensiones pueden causar deformaciones importantes, interferir en la posterior deposición de capas o incluso provocar grietas y el desprendimiento de la pieza de la placa de impresión. Además, una vez que la pieza se retira de la placa de impresión, las tensiones residuales pueden introducir nuevas distorsiones, dando lugar a desviaciones de la geometría prevista.

  Las simulaciones del proceso de sinterización ayudan a predecir la contracción y el alabeo gravitacional en piezas complejas, reduciendo el ensayo-error durante el diseño y ampliando al mismo tiempo la gama de geometrías viables. Una vez que un sistema de materiales está bien calibrado con resultados repetibles, pueden aplicarse algoritmos de compensación para modificar el diseño, garantizando que la forma final cumpla las especificaciones dimensionales.

  También es bien sabido que los modelos CAD a menudo requieren ajustes para compensar las distorsiones que se producen durante el proceso de fabricación. La compensación de la distorsión en el software de simulación es una potente herramienta para corregir estas desviaciones. El proceso de conseguir una geometría con compensación de distorsión puede implicar una única resolución o requerir múltiples iteraciones, dependiendo de la aplicación y de los requisitos de tolerancia. La selección del enfoque adecuado depende de factores como las propiedades del material, las restricciones de fabricación y las especificaciones finales de la pieza.

• Análisis de materiales. Esta herramienta es un entorno exploratorio para científicos alojado en la misma interfaz autónoma que Impresión aditiva. El objetivo de Ciencia aditiva es determinar la mejor combinación proceso-parámetro a utilizar para construir su pieza, dada una máquina LPBF y un material. Comenzará esta exploración con una simulación paramétrica de cordón único para reducir las combinaciones proceso-parámetro a un número menor de candidatos aceptables en función de las dimensiones del baño de fusión. Normalmente, después querrá hacer una simulación de porosidad utilizando los parámetros elegidos de la simulación de cordón único para determinar la porosidad de falta de fusión asociada a esos parámetros de proceso. Por último, las simulaciones de microestructura revelan información sobre los patrones de grano y pueden compararse con las pruebas de laboratorio de difracción de retrodispersión de electrones (EBSD).

• Captura y gestión de datos. Ansys Granta desempeña un papel importante en la etapa de captura y análisis de datos del ciclo de fabricación aditiva al proporcionar una solución integral para la gestión de datos de materiales. Con Ansys Granta MI, los ingenieros pueden capturar y analizar la información correcta de sus proyectos de fabricación aditiva, lo que ayuda a comercializar más rápidamente las soluciones y a mejorar la comprensión de las relaciones críticas entre procesos y propiedades. La integración del aprendizaje automático fácil de usar en Granta MI reduce el ensayo y error en la fabricación aditiva, optimizando los datos y el conocimiento del proyecto. Además, Granta MI garantiza unos procesos de ensayo y análisis de materiales eficientes y trazables, desde el laboratorio de ensayos hasta los datos de diseño, lo que maximiza el rendimiento de la inversión. Esto es especialmente importante en la fabricación aditiva, donde la comprensión de las propiedades de los materiales y los parámetros del proceso es crucial para la cualificación de las piezas y para alcanzar todo el potencial de la tecnología.
  
  
• Cualificación de piezas. El ecosistema ANSYS desempeña un papel crucial en la cualificación de piezas para la fabricación aditiva (AM) al integrar la validación del diseño, el análisis estructural y térmico y el control de documentos para garantizar piezas certificables de alta calidad. ANSYS Additive Suite permite a los ingenieros validar los diseños mediante la optimización de la topología y la compensación de la distorsión, garantizando la fabricabilidad. ANSYS Mechanical y Fluent realizan análisis estructurales y térmicos, prediciendo la tensión, las deformaciones residuales y la distribución del calor para evitar fallos. ANSYS Granta MI garantiza la trazabilidad capturando datos de materiales, parámetros de procesos y resultados de pruebas, agilizando el control de documentos y la certificación para el cumplimiento de normativas en industrias como la aeroespacial y la de dispositivos médicos. Este enfoque holístico minimiza el ensayo y error, reduciendo costes y acelerando la aprobación de piezas AM.

Conclusión

Las soluciones aditivas de Ansys proporcionan un potente enfoque basado en la simulación para liberar todo el potencial de Fabricación aditiva (AM). Al integrar la validación del diseño, la preparación de la construcción, la simulación del proceso, el análisis de materiales y la gestión de datos, Ansys garantiza precisión, fiabilidad y eficacia en todo el flujo de trabajo de AM. En Principios de DfAM y optimización de la topología a predicción de la tensión térmica y compensación de la distorsión, las herramientas de Ansys ayudan a los ingenieros a reducir el ensayo y error, optimizar el rendimiento de las piezas y acelerar cualificación y certificación de piezas. Al aprovechar Granta MI para la trazabilidad de datos y Additive Suite para simulaciones avanzadas, los fabricantes pueden producir con confianza piezas certificables de alta calidad minimizando los riesgos y los costes de producción.

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