3D金屬列印模擬的終極PK
前言
“增材製造技術已被更廣泛地普及，在工業應用領域， 已經從原型和模具的製造擴展到直接的零件生產領域。 隨著更多的企業加入到增材製造領域，尤其是金屬列印 領域，不少企業發現，即便不做設備研發，單純是靠增 材製造設備提供列印服務，這一領域亦存在著不小的門 檻。
為什麼會這樣？
無論是列印義肢，還是想現場製造橋樑的一部分，或者 列印汽車零部件。存在的重大挑戰是增材製造過程中的 可靠性和可預測性，這些障礙也給產品的品質認證帶來 制約，並限制了3D列印擴展到更廣闊的工業領域。所 以，對於企業來說買了昂貴的設備只是第一步，還需磨
練內功駕馭從材料到建模以及加工製程，其中“如何通 過仿真模擬來獲得可靠的設計？”，“仿真模擬如何增 強增材製造設計的穩定性？我們能不能第一次就列印出 想要的產品？”是企業需要面臨的一大挑戰。獲得所需 的金屬增材製造部件通常需要多次列印測試，既昂貴又 費時。零件越大越難列印。究其原因，不是印表機的品 質問題，而是金屬列印工藝的複雜程度和多方面因素影響。
3DXpert可以幫您實現
• 儘量減少構建嘗試的次數
• 預防印表機損壞的風險
• 在同一個環境中設計&驗證構建
• 縮短設計和模擬反覆運算的時間
在3D列印中，模擬在不同的環節都可以發生作用： 生成功能性產品的設計，生成晶格結構，校準材料， 優化生產工藝，以及優化關鍵部位的性能表現。
增材製造的優勢是獨一無二的，從説明設計人員打破 傳統製造約束的限制，激發設計師的的設計水準到新 的高度。這些都以滿足工程要求的性能為目標，而不 需要犧牲零件的強度或性能。輕量化就是一個很好的 例子。增材製造還提供了創建極其複雜的內部晶格結 構的能力，這是完全不可能通過傳統的製造技術來獲 得。輕量化使得額外的零件重量減少，通過拓撲優化 的晶格，不但在晶格大小方面可以實現豐富的漸變風 格以滿足不同區域的材料分配要求，還可以實現不同 區域不同形狀的晶格結構，以實現對應的力學要求。 某種意義上，小編看來材料變得“可程式設計”。
3D列印成品
“可程式設計”的材料，以金屬合金為例，高強度的 雷射被應用到粉末床上，沿著電腦輔助設計的軟體模 型引導的路徑來層層熔化金屬。融化的金屬粉末冷卻 凝固又與新一層冷卻凝固的金屬結合在一起，這其中 的相變，冷卻率，列印速度等機械加工參數都引導冶 金和微觀結構的變化。這些增材製造出來的零件，比 傳統的製造方法如鑄造的力學性能強。然而，這與多 尺度、多物理性質的製造工藝有關。通過模擬軟體，可以實現金屬微觀力學行為的物理特徵呈現，使得對 設計的模型在增材製造過程中將要發生的微觀變化實 現更好的控制。
除了材料的特性化，增材製造工藝本身可有潛在的設 計與製造不相符的風險。在設計的部分中，不考慮無 應力或扭曲的發生，並以標準材料定義的方式分配而 不考慮合金的金屬加工屬性。然而，在增材製造過程 中，是個熱傳導的過程，殘餘應力的產生，發生扭曲， 以及材料的變化在過程中都會發生。
位移分析
這時候你就需要一個強大的工具來研究工藝參數如影 響沉積的路徑，構建方向和熱強度。通過軟體來研究 如何優化殘餘應力，降低部分扭曲和改變材料的熱 加工行為，使得材料滿足零件的靜載荷、動載荷、 振動性能。3DXpert構建模擬和分析工具作為設計環 境的組成部分，使用戶在發送列印任務之前快速、精 准地發現並修復增材製造問題。3DXpert構建模擬是 3DXpert軟體的一部分，一站式軟體解決方案簡化了 從設計到最終部件的整個金屬增材製造工作流程。
最後，你還需要考慮在零件的疲勞壽命，有限元模擬 為增材製造的部件材料的疲勞壽命提供評估，使得從 設計階段開啟零件的完整生命週期的有效把控。很多人把有限元分析與模擬等同起來，其實，有限元分析 是一般模擬軟體使用的方法，有限元分析軟體是對結 構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法軟體。
而金屬增材製造設計過程中對力學性能的模擬與優化 直接成為設計的成功與否的關鍵因素。作為3DXpert 軟體解決方案的一部分，3DXpert構建模擬是設計環 境的組成部分。説明您根據模擬結構輕鬆修改和修復 設計，無需在多個軟體之間來回切換。之後您可以再 次運行模擬功能，驗證變更，保存分析結果到設計檔 中。
重新鋪粉干涉分析
逐層模擬結果立即回饋給您。檢測到問題後，您可 以立刻修復它，無需等待整個模擬結束，從而縮短 反覆運算時間。模擬計算需要極大的計算能力，因此 3DXpert構建模擬允許您轉移這些計算到一台專用電 腦進行，此電腦可與辦公室其他3DXpert用戶共用使 用。您可以繼續工作，模擬繼續運行，每層的模擬結 果可以馬上發送給您。
3DXpert構建模擬是3DXpert工作流的一個關鍵因 素，是您成功列印的保障，省去耗時和高成本的反覆 運算。在3D科學谷看來，軟體的應用將是3D列印的終極PK，科技大學在設置3D列印專業的時候， 亦需要考慮軟體領域的課程內容配置以及學分比重。
包括3D的設備廠商，軟體將充分挖掘設備的潛力， 設備廠商將轉型為基於軟體的行業方案解決商。讓我 們共同期待，國家支援增材製造行業不要升級當前的 3D列印浮躁風氣，國家不僅關注硬體的硬實力，還 關注軟實力。
賴齊宏－冠齊科技有限公司 總經理
專長：3到5軸NC程式設計與培訓
塑膠模具CAD、CAM、PLM、 ERP、MES 超過25年模具製造經驗
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