Ansys 적층 제조 솔루션 소개

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Ansys 적층 제조 솔루션으로 적층 제조의 잠재력을 최대한 활용하기

적층 가공(AM)은 엔지니어가 복잡한 부품을 설계하고 생산하는 방식에 혁신을 일으켜 전례 없는 유연성과 효율성을 제공합니다. 그러나 이러한 이점을 최대한 활용하려면 설계 최적화부터 프린팅 및 후처리에 이르기까지 프로세스의 모든 단계에서 강력한 시뮬레이션 기반 접근 방식이 필수적입니다. Ansys는 이러한 중요한 단계를 해결하도록 맞춤화된 종합적인 적층 솔루션 제품군을 제공하여 정밀도, 신뢰성 및 성능을 보장합니다. 이 블로그에서는 공정 시뮬레이션부터 재료 분석에 이르기까지 각 Ansys Additive 제품이 적층 제조 워크플로우를 개선하고 위험을 최소화하며 프린팅 성공을 극대화하는 데 어떻게 중요한 역할을 하는지 살펴봅니다.

적층 제품군

Ansys 툴을 통해 적층 가공 에코시스템이 어떻게 관리되는지 살펴보겠습니다:

• 적층 가공을 위한 설계(DfAM). 기존 설계를 단순히 3D 프린팅에 적용하는 것이 아니라 적층 제조(AM) 공정에 맞게 설계를 최적화하는 엔지니어링 접근 방식입니다. DfAM은 복잡한 형상, 경량 구조 및 재료 효율성과 같은 AM의 고유한 기능을 활용하여 성능을 향상하는 동시에 무게, 비용 및 생산 시간을 단축합니다. DfAM의 주요 원칙에는 토폴로지 최적화, 격자 구조, 부품 통합, 제조 가능성 및 후처리 개선을 위한 서포트 재료 최소화 등이 있습니다. 여기서 중요한 도구는 다음과 같습니다. Discovery 및 기계적. 첫 번째는 신속한 형상 수정, 격자 및 경량 형상 생성, 적층 제조에 최적화된 복잡한 형상을 쉽게 다듬을 수 있도록 해줍니다. 토폴로지 최적화 툴은 엔지니어가 재료 사용량을 줄이면서 강도를 유지하는 가볍고 유기적인 구조를 생성하는 데 도움이 됩니다. 이 작업의 경우 Discovery 및 기계적 를 사용할 수 있습니다. 보철물은 생물의학 애플리케이션에서 토폴로지 최적화의 잘 알려진 예입니다.

• 빌드 설정 프린팅 전 준비 과정을 말하며, 성공적이고 효율적인 빌드를 보장합니다. 여기에는 파트 방향 설정, 빌드 플레이트에 여러 파트 배치, 서포트 구조 생성, 레이어 두께, 스캔 전략 및 재료 설정과 같은 프린팅 파라미터 정의 등이 포함됩니다. 적절한 빌드 설정은 왜곡을 최소화하고 재료 사용을 최적화하며 후처리 작업을 줄이는 데 매우 중요합니다.

  Ansys 애디티브 준비 은 적층 제조할 부품을 준비할 수 있는 도구입니다. 애디티브 준비는 적층 가공 프로세스를 시뮬레이션하여 워크플로우를 계속 진행하든, 부품을 빌드 챔버로 직접 보내든 관계없이 Ansys SpaceClaim에 내장되어 있으며 적층 가공 워크플로에 긴밀하게 통합되어 있습니다. 빌드 시간, 서포트의 양, 왜곡 경향의 우선순위에 따라 파트의 방향을 지정한 다음 파트에 대한 서포트를 자동으로 생성합니다. 빌드 전략과 파라미터를 조정하고 빌드 파일을 생성한 다음 슬라이스 뷰어에서 슬라이스 내의 스캔 벡터 또는 빌드 내의 슬라이스를 보고 애니메이션을 적용합니다. 스캔 패턴이 연결된 최적의 방향의 파트와 서포트는 다음을 사용하여 인쇄하거나 시뮬레이션할 수 있습니다. 적층 프린트 또는 기계적. 이미지에서는 다음에서 생성된 지오메트리를 지원합니다. Ansys 애디티브 준비.
  
  

• 프로세스 시뮬레이션 은 3D 프린팅 과정에서 발생하는 물리적 현상을 예측하고 분석하기 위해 컴퓨터 모델을 사용합니다. 이를 통해 엔지니어는 열 효과, 잔류 응력, 뒤틀림, 뒤틀림, 과열 또는 융착 부족과 같은 잠재적 결함을 이해할 수 있습니다. 공정 시뮬레이션은 열 분포, 재료 거동, 서포트 상호 작용과 같은 요소를 시뮬레이션하여 프린팅 전에 빌드 파라미터, 파트 방향, 서포트 구조를 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 비용이 많이 드는 시행착오 반복을 줄이고, 파트 품질을 개선하며, AM 생산의 신뢰성과 반복성을 높일 수 있습니다. Ansys 애디티브 프린트 – 3D 프린트 기계 작업자가 부품 왜곡 트레드를 예측하고, 빌드 준비(방향 및 서포트 요구 사항)를 권장 및 검증하고, 프로토타입 테스트를 줄여 성공적으로 프린트할 수 있도록 부품을 빠르게 시뮬레이션할 수 있는 독립형 도구입니다.
  Additive Print 및 Additive Suite 라이선스에 포함되어 있습니다.
  
  
  고급 시뮬레이션은 다음에서 수행할 수 있습니다. Ansys 기계 을 사용하여 부품의 거시적 수준의 왜곡과 응력을 예측하여 빌드 실패를 방지하고 다양한 애드온을 사용하여 부품 방향, 서포트 배치 및 크기 조정 등 적층 제조 설계 개선을 위한 추세 데이터를 제공합니다:

  
  레이저 분말 베드 용융(LPBF)은 DMLM, DMLS 또는 SLM이라고도 하며, 금속 분말의 얇은 층이 증착되고 고집적 레이저 빔이 분말을 녹여 이전 층과 융합합니다. 이 과정은 한 층씩 반복되어 단단한 부품을 형성합니다. 첫 번째 레이어는 빌드 플레이트 또는 기판에 증착되어 구조의 기초를 제공합니다.

  방향성 에너지 증착(DED)에서는 LENS, EBAM®, WAAM 또는 LDT라고도 하며 레이저 또는 전자 빔이 이전에 고형화된 재료 위에 용융 풀을 생성하고, 여기에 분말 또는 공급 와이어를 투입하여 재료를 추가합니다. 파우더 베드에서 부품을 제작하는 LPBF와 달리 DED는 국소적인 재료 증착이 가능하므로 수리, 코팅 및 대형 구조물에 적합합니다.

  PBF와 DED 공정 모두 고온과 가파른 열 구배를 발생시켜 과열, 뒤틀림, 잔류 응력을 유발합니다. 이러한 응력은 심각한 변형을 일으키거나 후속 레이어 증착을 방해하거나 심지어 균열을 일으키고 빌드 플레이트에서 부품이 분리될 수 있습니다. 또한 파트가 빌드 플레이트에서 제거되면 잔류 응력으로 인해 추가적인 왜곡이 발생하여 의도한 형상에서 벗어날 수 있습니다.

  소결 공정 시뮬레이션은 복잡한 부품의 수축과 중력 뒤틀림을 예측하여 설계 시 시행착오를 줄이는 동시에 실현 가능한 형상의 범위를 확장하는 데 도움이 됩니다. 재료 시스템이 반복 가능한 결과로 잘 보정되면 보정 알고리즘을 적용하여 설계를 수정하고 최종 형상이 치수 사양을 충족하도록 보장할 수 있습니다.

  또한 CAD 모델은 제조 공정 중에 발생하는 왜곡을 보정하기 위해 종종 조정이 필요하다는 것은 잘 알려져 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어의 왜곡 보정은 이러한 편차를 보정하는 강력한 도구로 사용됩니다. 왜곡 보정 지오메트리를 달성하는 프로세스에는 애플리케이션 및 공차 요구 사항에 따라 단일 해법이 포함되거나 여러 번의 반복이 필요할 수 있습니다. 적절한 접근 방식을 선택하는 것은 재료 특성, 제조 제약 조건 및 최종 부품 사양과 같은 요인에 따라 달라집니다.

• 재료 분석. 이 도구는 와 동일한 독립형 인터페이스에서 호스팅되는 과학자를 위한 탐색 환경입니다. 애디티브 프린트. 목표 첨가제 과학 은 LPBF 장비와 재료가 주어졌을 때 부품 제작에 사용할 최적의 공정 파라미터 조합을 결정하는 것입니다. 이 탐색은 단일 비드 파라메트릭 시뮬레이션으로 시작하여 용융 풀 치수를 기준으로 공정 파라미터 조합을 더 적은 수의 허용 가능한 후보로 좁힙니다. 그런 다음 일반적으로 단일 비드 시뮬레이션에서 선택한 파라미터를 사용하여 다공성 시뮬레이션을 수행하여 해당 공정 파라미터와 관련된 융착 부족 다공성을 결정합니다. 마지막으로, 미세 구조 시뮬레이션은 입자 패턴에 대한 정보를 제공하며 전자 후방 산란 회절(EBSD) 실험실 테스트와 비교할 수 있습니다.

• 데이터 캡처 및 관리. Ansys Granta 는 재료 데이터 관리를 위한 포괄적인 솔루션을 제공하여 적층 제조 사이클의 데이터 캡처 및 분석 단계에서 중요한 역할을 합니다. 와 함께 Ansys Granta MI엔지니어는 적층 제조 프로젝트에서 올바른 정보를 캡처하고 분석하여 솔루션을 더 빨리 시장에 출시하고 중요한 공정 및 속성 관계에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 사용하기 쉬운 머신 러닝을 다음에 통합하여 Granta MI 는 적층 제조의 시행착오를 줄이고 데이터와 프로젝트 지식을 최적화합니다. 또한, Granta MI 는 테스트 랩에서 설계 데이터에 이르기까지 효율적이고 추적 가능한 재료 테스트 및 분석 프로세스를 보장하여 투자 수익을 극대화합니다. 이는 재료 특성과 공정 파라미터를 이해하는 것이 부품 검증과 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 중요한 적층 제조에서 특히 중요합니다.
  
  
• 부품 검증. 앤시스 에코시스템은 설계 검증, 구조 및 열 해석, 문서 제어를 통합하여 고품질의 인증 가능한 부품을 보장함으로써 적층 제조(AM)를 위한 부품 검증에서 중요한 역할을 합니다. 앤시스 애디티브 스위트는 토폴로지 최적화 및 왜곡 보정을 통해 설계를 검증하여 엔지니어가 제조 가능성을 보장할 수 있도록 지원합니다. ANSYS Mechanical 및 Fluent는 구조 및 열 해석을 수행하여 응력, 잔류 변형률 및 열 분포를 예측하여 고장을 방지합니다. ANSYS Granta MI는 재료 데이터, 프로세스 파라미터 및 테스트 결과를 캡처하여 추적성을 보장하고 항공우주 및 의료 기기 등의 산업에서 규정 준수를 위한 문서 제어 및 인증을 간소화합니다. 이러한 총체적인 접근 방식은 시행착오를 최소화하여 비용을 절감하고 적층 가공 부품 승인을 가속화합니다.

결론

Ansys 애디티브 솔루션은 다음과 같은 잠재력을 최대한 발휘할 수 있는 강력한 시뮬레이션 기반 접근 방식을 제공합니다. 적층 제조(AM). 통합함으로써 설계 검증, 빌드 준비, 공정 시뮬레이션, 재료 분석 및 데이터 관리Ansys는 적층 가공 워크플로 전반에 걸쳐 정밀성, 신뢰성 및 효율성을 보장합니다. 출처 DfAM 원리 및 토폴로지 최적화 에 열 스트레스 예측 및 왜곡 보정Ansys 툴은 엔지니어가 시행착오를 줄이고, 부품 성능을 최적화하며, 다음을 가속화할 수 있도록 지원합니다. 부품 검증 및 인증. 다음을 활용하여 데이터 추적성을 위한 Granta MI 및 고급 시뮬레이션을 위한 Additive Suite를 통해 제조업체는 생산 위험과 비용을 최소화하면서 고품질의 인증 가능한 부품을 자신 있게 생산할 수 있습니다.

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