ANSYS積層造形ソリューションのご紹介

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Ansys Additive Solutions による積層造形の可能性を最大限に引き出すソリューション

積層造形（Additive Manufacturing：AM）は、エンジニアが複雑な部品を設計・製造する方法に革命をもたらし、これまでにない柔軟性と効率性を提供します。しかし、そのメリットを最大限に活用するには、設計の最適化から印刷、後処理に至るまで、プロセスのあらゆる段階で、ロバストなシミュレーション主導のアプローチが不可欠です。Ansysは、これらの重要な段階に対応し、精度、信頼性、性能を確保するための包括的なAdditiveソリューションを提供しています。このブログでは、プロセスシミュレーションから材料解析まで、ANSYS Additive の各製品が、AM ワークフローの強化、リスクの最小化、印刷の成功の最大化において、どのように重要な役割を果たしているかをご紹介します。

Additiveユニバース

ANSYSツールでAMエコシステムがどのように管理されているかを見てみましょう：

• 積層造形用設計（DfAM）。 従来の設計を単に3Dプリンティング用に適合させるのではなく、積層造形（AM）プロセス専用に設計を最適化するエンジニアリング手法。DfAMは、複雑な形状、軽量構造、材料効率など、AM特有の機能を活用して、重量、コスト、製造時間を削減しながら性能を向上させます。DfAMの主な原則には、トポロジーの最適化、格子構造、部品の統合、製造性と後処理を改善するためのサポート材料の最小化などがあります。ここで重要なツールは ディスカバリー そして メカニカル 1つ目は、迅速な形状の修正、格子や軽量形状の作成、積層造形用に最適化された複雑な形状の改良を容易にします。トポロジー最適化ツールは、エンジニアが材料の使用量を削減しながら強度を維持する軽量で有機的な構造を生成するのに役立ちます。このタスクには ディスカバリー そして メカニカル を使用することができます。人工関節は、バイオメディカルアプリケーションにおけるトポロジー最適化のよく知られた例です。

• ビルドセットアップ ビルドセットアップとは、印刷前の準備プロセスのことです。パーツの方向付け、ビルドプレート上での複数のパーツの位置決め、サポート構造の生成、レイヤーの厚さ、スキャン戦略、材料設定などの印刷パラメータの定義が含まれます。適切なビルド・セットアップは、歪みを最小限に抑え、材料の使用量を最適化し、後処理の手間を減らすために極めて重要です。

  Ansys Additive Prep は、積層造形される部品を準備するためのツールです。Additive PrepはAnsys SpaceClaimに組み込まれており、AMプロセスをシミュレーションしてワークフローを継続する場合でも、パーツを直接ビルドチャンバーに送る場合でも、Additiveワークフローに緊密に統合されています。造形時間、サポート量、歪み傾向の優先順位に基づいてパーツを配置し、自動的にサポートを生成します。造形ストラテジーとパラメータを調整し、造形ファイルを生成した後、スライスビューワでスライス内のスキャンベクトルや造形内のスライスを表示し、アニメーション化します。出来上がった最適な向きのパーツとサポートは、関連するスキャンパターンと一緒に、印刷やシミュレーションに使用できます。 アディティブプリント または メカニカル.画像では Ansys Additive Prep.
  
  

• プロセスシミュレーション 積層造形では、計算モデルを使用して、印刷プロセス中に発生する物理現象を予測および解析します。熱影響、残留応力、歪み、反り、過熱、融合不足などの潜在的な欠陥を理解するのに役立ちます。熱分布、材料の挙動、サポートの相互作用などの要因をシミュレーションすることで、プロセスシミュレーションは、印刷前の造形パラメータ、部品の向き、サポート構造の最適化を可能にします。これにより、コストのかかる試行錯誤の繰り返しが減り、部品の品質が向上し、AM生産の信頼性と再現性が高まります。 Ansys Additive Print – パーツの歪みトレッドの予測、造形準備（方向とサポートの必要性）の推奨と検証、プロトタイプテストの削減など、3Dプリントマシンオペレーターがパーツのシミュレーションを迅速に行い、正常にプリントできることを確認するためのスタンドアロンツールです。
  Additive PrintおよびAdditive Suiteライセンスに含まれます。
  
  
  より高度なシミュレーションは Ansys Mechanical を使用して、部品のマクロレベルの歪みと応力を予測し、造形不良を防止するとともに、さまざまなアドオンを使用した部品の向きやサポートの配置、サイジングなど、積層造形用の設計を改善するためのトレンドデータを提供します：

  
  レーザー粉末床融合法（LPBF）（DMLM、DMLS、またはSLMとも呼ばれる）では、金属粉末の薄い層が堆積され、高集光レーザービームが粉末を溶融して前の層に融合させます。このプロセスが層ごとに繰り返され、ソリッド部品が形成されます。最初の層は、ビルドプレートまたは基板上に堆積され、構造の基礎となります。

  指向性エネルギー蒸着法（DED）（LENS、EBAM®、WAAM、またはLDTとも呼ばれる）では、レーザーまたは電子ビームがあらかじめ凝固した材料上に溶融プールを形成し、そこに吹き付けられた粉末または供給されたワイヤーを導入して材料を追加します。パウダーベッドからパーツを製造するLPBFとは異なり、DEDは局所的な材料蒸着を可能にするため、補修、コーティング、大型構造物に適しています。

  PBFとDEDの両プロセスでは、高温と急勾配の熱勾配が発生するため、過熱、歪み、残留応力が生じます。これらの応力は、大きな変形を引き起こしたり、後続の層成膜を妨害したり、さらにはクラックやビルドプレートからの部品の剥離につながる可能性があります。さらに、部品がビルドプレートから取り外されると、残留応力によってさらに歪みが生じ、意図した形状から外れる可能性があります。

  焼結プロセスシミュレーションは、複雑な部品の収縮や重力による反りを予測するのに役立ち、設計時の試行錯誤を減らすと同時に、実行可能な形状の範囲を広げます。材料システムが十分に較正され、再現性のある結果が得られれば、補正アルゴリズムを適用して設計を修正し、最終形状が寸法仕様を満たすようにすることができます。

  また、CADモデルは、製造工程で発生する歪みを補正するための調整が必要になることがよく知られています。シミュレーションソフトウェアの歪み補正は、このような偏差を補正するための強力なツールとして機能します。歪み補正された形状を実現するプロセスは、用途や公差の要件に応じて、1回の解法で済む場合もあれば、何度も繰り返す必要がある場合もあります。適切なアプローチの選択は、材料特性、製造上の制約、最終的な部品の仕様などの要因によって異なります。

• 材料解析 このツールは と同じスタンドアローンインターフェースでホストされる科学者のための探索環境です。 アディティブ・プリント 目標は 添加物科学 は、LPBF機と材料がある場合に、部品の製造に使用する最良のプロセスパラメータの組み合わせを決定することです。この検討は、まずシングルビードパラメトリックシミュレーションから開始し、メルトプールの寸法に基づいて、プロセスパラメータの組み合わせを許容可能な少数の候補に絞り込みます。通常、次にシングルビードシミュレーションで選択したパラメータを使用して気孔率シミュレーションを行い、これらのプロセスパラメータに関連する融着不足気孔率を決定します。最後に、微細構造シミュレーションは結晶粒パターンに関する情報を明らかにし、電子後方散乱回折（EBSD）ラボ試験と比較することができます。

• データの取得と管理。 Ansys Granta は、材料データを管理するための包括的なソリューションを提供することで、積層造形サイクルのデータ取得と解析のステップで重要な役割を果たしています。このソリューションは アンシス グランタMIエンジニアは、積層造形プロジェクトから適切な情報を取得して分析できるため、ソリューションを迅速に市場に投入し、重要なプロセスと特性の関係の理解を深めることができます。使いやすい機械学習の グランタMI 付加製造における試行錯誤を減らし、データとプロジェクト知識を最適化します。さらに グランタMI は、試験ラボから設計データまで、効率的でトレーサブルな材料試験および解析プロセスを保証し、投資収益率を最大化します。これは、特に積層造形において重要であり、材料特性とプロセスパラメータを理解することは、部品の認定と技術の可能性を最大限に引き出すために不可欠です。
  
  
• 部品の認定 ANSYSのエコシステムは、設計検証、構造解析、熱解析、ドキュメント管理を統合することで、高品質で認証可能な部品を確保し、積層造形（AM）の部品認定において重要な役割を果たしています。ANSYS Additive Suite では、トポロジー最適化と歪み補正を通じて設計を検証し、製造性を確保します。ANSYS MechanicalとFluentは、構造解析と熱解析を行い、応力、残留ひずみ、熱分布を予測して故障を防止します。ANSYS Granta MI は、材料データ、プロセスパラメータ、および試験結果を取得することでトレーサビリティを確保し、航空宇宙や医療機器などの業界における規制遵守のための文書管理や認証を合理化します。この総合的なアプローチにより、試行錯誤を最小限に抑え、コストを削減し、AM 部品の承認を迅速化します。

結論

Ansys Additive Solutions は、シミュレーション主導の強力なアプローチにより、次のような可能性を最大限に引き出します。 積層造形（AM）.を統合することで 設計検証、製造準備、プロセスシミュレーション、材料分析、データ管理を統合することでAnsys は、AM のワークフロー全体を通じて、精度、信頼性、効率性を保証します。以下より DfAMの原理とトポロジー最適化 へ 熱応力予測と歪み補正Ansys のツールは、エンジニアの試行錯誤を減らし、部品の性能を最適化し、解析時間を短縮します。 部品の認定と認証.を活用することで データトレーサビリティのための Granta MI と高度なシミュレーションのための Additive Suiteこれにより、製造業者は、製造リスクとコストを最小限に抑えながら、高品質で認証可能な部品を自信を持って製造することができます。

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