Apresentação das soluções de manufatura aditiva da Ansys

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Liberando todo o potencial da manufatura aditiva com as soluções Ansys Additive

A manufatura aditiva (AM) revolucionou a maneira como os engenheiros projetam e produzem peças complexas, oferecendo flexibilidade e eficiência sem precedentes. No entanto, para aproveitar plenamente seus benefícios, uma abordagem robusta orientada por simulação é essencial em cada estágio do processo – desde a otimização do projeto até a impressão e o pós-processamento. A Ansys fornece um conjunto abrangente de soluções aditivas adaptadas para lidar com esses estágios críticos, garantindo precisão, confiabilidade e desempenho. Neste blog, exploraremos como cada produto Ansys Additive – desde a simulação de processos até a análise de materiais – desempenha um papel crucial no aprimoramento do fluxo de trabalho de AM, minimizando os riscos e maximizando o sucesso da impressão.

Universo aditivo

Vamos ver como o ecossistema AM é gerenciado pelas ferramentas Ansys:

• Projeto para manufatura aditiva (DfAM). Abordagem de engenharia que otimiza projetos especificamente para processos de manufatura aditiva (AM), em vez de simplesmente adaptar projetos tradicionais para impressão 3D. A DfAM aproveita os recursos exclusivos da AM, como geometrias complexas, estruturas leves e eficiência de materiais, para melhorar o desempenho e, ao mesmo tempo, reduzir o peso, o custo e o tempo de produção. Os princípios fundamentais do DfAM incluem otimização da topologia, estruturas de treliça, consolidação de peças e minimização do material de suporte para melhorar a capacidade de fabricação e o pós-processamento. As ferramentas importantes aqui são Descoberta e Mecânica. O primeiro permite modificações rápidas de geometria, criação de geometria de rede e de peso leve e facilita o refinamento de formas complexas otimizadas para a manufatura aditiva. As ferramentas de otimização de topologia ajudam os engenheiros a gerar estruturas leves e orgânicas que mantêm a resistência e reduzem o uso de materiais. Para essa tarefa, tanto o Descoberta e Mecânica pode ser usado. As próteses são um exemplo bem conhecido de otimização de topologia em aplicações biomédicas.

• Configuração de construção refere-se ao processo de preparação antes da impressão, garantindo uma construção bem-sucedida e eficiente. Ela envolve a orientação da peça, o posicionamento de várias peças na placa de construção, a geração de estruturas de suporte e a definição de parâmetros de impressão, como espessura da camada, estratégia de digitalização e configurações de material. A configuração adequada da construção é fundamental para minimizar as distorções, otimizar o uso do material e reduzir os esforços de pós-processamento.

  Ansys Additive Prep é a ferramenta que permite ao senhor preparar peças que serão fabricadas aditivamente. O Additive Prep está incorporado ao Ansys SpaceClaim e fortemente integrado ao fluxo de trabalho aditivo, quer o senhor continue seu fluxo de trabalho simulando o processo AM ou enviando sua(s) peça(s) diretamente para a câmara de construção. Oriente sua(s) peça(s) com base em suas prioridades de tempo de construção, volume de suportes e tendência de distorção e, em seguida, gere automaticamente suportes para elas. Ajuste a estratégia e os parâmetros de construção, gere um arquivo de construção e, em seguida, visualize e anime os vetores de varredura em uma fatia ou as fatias em uma construção no Slice Viewer. As peças e os suportes orientados de forma ideal resultantes, com o padrão de digitalização associado, estão prontos para impressão ou para simulação usando o Impressão aditiva ou Mecânica. Na imagem, as geometrias de suporte geradas pelo Ansys Additive Prep.
  
  

• Simulação de processos na manufatura aditiva envolve o uso de modelos computacionais para prever e analisar os fenômenos físicos que ocorrem durante o processo de impressão. Ela ajuda os engenheiros a entender os efeitos térmicos, as tensões residuais, as distorções e os possíveis defeitos, como empenamento, superaquecimento ou falta de fusão. Ao simular fatores como distribuição de calor, comportamento do material e interação do suporte, a simulação do processo permite a otimização dos parâmetros de construção, da orientação da peça e das estruturas de suporte antes da impressão. Isso reduz as dispendiosas iterações de tentativa e erro, melhora a qualidade da peça e garante maior confiabilidade e repetibilidade na produção de AM. Ansys Additive Print – Uma ferramenta autônoma para que os operadores de máquinas de impressão 3D realizem simulações rápidas de peças para garantir que elas serão impressas com sucesso, prevendo os degraus de distorção da peça, recomendando e validando a preparação da construção (orientação e necessidades de suporte), reduzindo os testes de protótipos
  Incluído nas licenças do Additive Print e do Additive Suite.
  
  
  Simulações mais avançadas podem ser realizadas no Ansys Mechanical para prever as distorções e tensões de nível macro em peças para evitar falhas de construção e fornecer dados de tendências para melhorar os projetos de manufatura aditiva, incluindo a orientação da peça e a colocação e o dimensionamento do suporte usando diferentes complementos:

  
  No Laser Powder Bed Fusion (LPBF), também conhecido como DMLM, DMLS ou SLM, uma fina camada de pó metálico é depositada e um feixe de laser altamente focalizado derrete o pó, fundindo-o à camada anterior. Esse processo é repetido camada por camada, formando uma peça sólida. A primeira camada é depositada em uma placa de construção ou substrato, fornecendo uma base para a estrutura.

  Na Deposição por Energia Direcionada (DED) – também chamada de LENS, EBAM®, WAAM ou LDT – um feixe de laser ou de elétrons cria uma poça de fusão em um material previamente solidificado, onde um pó soprado ou um fio alimentado é introduzido para adicionar material. Diferentemente da LPBF, que constrói peças a partir de um leito de pó, a DED permite a deposição localizada de material, tornando-a adequada para reparos, revestimentos e estruturas maiores.

  Os processos de PBF e DED geram altas temperaturas e gradientes térmicos acentuados, levando a superaquecimento, distorção e tensões residuais. Essas tensões podem causar deformações significativas, interferir na deposição de camadas subsequentes ou até mesmo levar a rachaduras e ao desprendimento da peça da placa de construção. Além disso, depois que a peça é removida da placa de construção, as tensões residuais podem introduzir mais distorções, resultando em desvios da geometria pretendida.

  As simulações do processo de sinterização ajudam a prever o encolhimento e o empenamento gravitacional em peças complexas, reduzindo a tentativa e erro durante o projeto e expandindo a gama de geometrias viáveis. Quando um sistema de material estiver bem calibrado com resultados repetíveis, os algoritmos de compensação poderão ser aplicados para modificar o projeto, garantindo que a forma final atenda às especificações dimensionais.

  Também é bem sabido que os modelos de CAD geralmente exigem ajustes para compensar as distorções que ocorrem durante o processo de fabricação. A compensação de distorção no software de simulação serve como uma ferramenta poderosa para corrigir esses desvios. O processo de obtenção de uma geometria com compensação de distorção pode envolver uma única solução ou exigir várias iterações, dependendo da aplicação e dos requisitos de tolerância. A seleção da abordagem adequada depende de fatores como propriedades do material, restrições de fabricação e especificações finais da peça.

• Análise de materiais. Essa ferramenta é um ambiente exploratório para cientistas hospedado na mesma interface autônoma do Additive Print. O objetivo da Ciência aditiva é determinar a melhor combinação de parâmetros de processo a ser usada para construir sua peça, considerando uma máquina LPBF e um material. O senhor começa essa exploração com uma simulação Single Bead Parametric para restringir as combinações de parâmetros de processo a um número menor de candidatos aceitáveis com base nas dimensões da poça de fusão. Em geral, o senhor desejará fazer uma simulação de porosidade usando os parâmetros escolhidos na simulação de filete único para determinar a porosidade de falta de fusão associada a esses parâmetros de processo. Por fim, as simulações de microestrutura revelam informações sobre padrões de grãos e podem ser comparadas a testes laboratoriais de difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD).

• Captura e gerenciamento de dados. Ansys Granta desempenha um papel significativo na etapa de captura e análise de dados do ciclo de manufatura aditiva, fornecendo uma solução abrangente para o gerenciamento de dados de materiais. Com o Ansys Granta MICom o Machine Learning, os engenheiros podem capturar e analisar as informações corretas de seus projetos de manufatura aditiva, o que ajuda a colocar as soluções no mercado mais rapidamente e a melhorar a compreensão das relações críticas entre processos e propriedades. A integração do aprendizado de máquina fácil de usar ao Granta MI reduz a tentativa e o erro na manufatura aditiva, otimizando os dados e o conhecimento do projeto. Além disso, Granta MI garante processos eficientes e rastreáveis de teste e análise de materiais, desde o laboratório de testes até os dados do projeto, o que maximiza o retorno sobre o investimento. Isso é particularmente importante na manufatura aditiva, em que a compreensão das propriedades do material e dos parâmetros do processo é crucial para a qualificação da peça e para a obtenção de todo o potencial da tecnologia.
  
  
• Qualificação de peças. O ecossistema ANSYS desempenha um papel crucial na qualificação de peças para manufatura aditiva (AM), integrando validação de projeto, análise estrutural e térmica e controle de documentos para garantir peças certificáveis e de alta qualidade. O ANSYS Additive Suite permite que os engenheiros validem projetos por meio de otimização de topologia e compensação de distorção, garantindo a capacidade de fabricação. O ANSYS Mechanical e o Fluent realizam análises estruturais e térmicas, prevendo tensões, deformações residuais e distribuição de calor para evitar falhas. O ANSYS Granta MI garante a rastreabilidade capturando dados de materiais, parâmetros de processos e resultados de testes, simplificando o controle de documentos e a certificação para conformidade regulatória em setores como o aeroespacial e de dispositivos médicos. Essa abordagem holística minimiza a tentativa e erro, reduzindo custos e acelerando a aprovação de peças AM.

Conclusão

As soluções Ansys Additive fornecem uma abordagem poderosa e orientada por simulação para liberar todo o potencial da Manufatura Aditiva (AM). Ao integrar a validação de projeto, preparação de construção, simulação de processo, análise de material e gerenciamento de dados, a Ansys garante precisão, confiabilidade e eficiência em todo o fluxo de trabalho de AM. De Princípios de DfAM e otimização de topologia para previsão de estresse térmico e compensação de distorçãoAs ferramentas da Ansys ajudam os engenheiros a reduzir a tentativa e erro, otimizar o desempenho das peças e acelerar a qualificação e certificação de peças. Ao aproveitar a Granta MI para rastreabilidade de dados e Additive Suite para simulações avançadasos fabricantes podem produzir com confiança peças certificáveis e de alta qualidade, minimizando os riscos e os custos de produção.

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