亚洲3D打印、增材制造展览会

2020.2.19-2.21

上海新国际博览中心

行业新闻

以模拟刺激生产

重要引文

有了这一软件,你再也不需要专家来构造零件

以模拟刺激生产

作者:Daniel O'Connor

几年前,在法兰克福formnext展会的TCT Introducing舞台上,软件公司Volume Graphics的发言让我对增材制造(AM)的有效性产生了些许的危机感。也许是我杞人忧天了,这个养活了成千上万人(包括我自己)的迅速发展的行业是否存在一定的弊端。

Volume Graphics的业务发展负责人-Gerd Schwaderer在发言中谈到了他们公司的软件如何能够获取CT扫描数据并检测内部晶格结构的缺陷。“检测晶格结构?”我对此产生了疑惑。晶格结构是许多增材制造销售措辞的关键。而且,在某一阶段,走过增材制造贸易展览的任何展位你都会听到类似这样的谈话:“在使用了晶格结构以后,航空零件的重量可减少50%。”如果我们拓扑优化设计的内部通道可能存在缺陷,那么头脑清醒的人怎么还会采用这种技术呢?

对于金属增材制造而言,这一领域存在着诸多变量,比如材料污染、能量下降以及扫描不一致,而这些都会导致人们对增材制造零件产生广泛的不信任感。在增材领域,Volume Graphics和Wenzel America这类公司的存在就是为了缓解这些担忧并对零件进行验证。然而,如果对增材制造出来的系列产品予以认证,对于大多数公司而言,无论是从时间还是从成本方面考虑,对每一个零件进行CT扫描肯定是不可行的。

 “在当今世界,像GE这样的公司确实在各方面都做出了努力,并且确实也采用了CT扫描技术”,ANSYS 的增材制造总监Brent Stucker对我说到,“但是这条路只有在你生产的是喷射发动机而且能得到高利润回报的条件下才走得通。”

Brent是增材制造领域的资深人士,他在该领域的学术方面拥有超过25年的丰富经验。就像在当3D打印还被称为快速成型或时间-压缩技术时的早期就投身这一行业的任何人一样,Brent大多数的工作都是反复试验。然而与其同事不同的是,Brent热衷于记录这些试验。

 “我尝试着理解机器、材料、过程参数,或者几何结构的改变会如何导致不同的性能或精确度”,Brent 解释到,“当时我选择和同事Deepankar Pal联手,他现在是我们的首席科学家,我们决定共同解决这个反复试验的问题。随后,我们开发了一整套全新的模拟功能,这将使得我们能通过过程参数来预测零件的实时制造情况。”

Brent和Deepankar于2009年联手,并于2014年成立了公司,在经过了多年的研究之后,他们运用研究成果算法创建了一个增材制造软件平台——3DSIM。

3DSIM平台中开发了两个软件工具:exaSIM,可允许工程师预测剩余应力、变形和构造错误;FLEX,允许用户为特定的增材制造机器和材料组合输入最佳过程参数,从而预测零件的完整性及微观结构的形成。

仅在运营了三年之后,3DSIM就于2017年11月被世界上最著名的工程模拟软件公司ANSYS所收购。ANSYS当时的副总裁兼总经理表示:“在exaSIM和FLEX加入我们的Workbench平台后,ANSYS可以为客户提供唯一可用的端对端增材制造模拟工作流。这将会激发创新、加快产品上市并为我们的全球客户减少制造成本。”

在平台收购的时候,从Brent的角度来看,3DSIM填补了ANSYS已属世界一流软件的一些漏洞,从而使其成为AM的安全模拟软件,并且ANSYS还允许3DSIM进入之前未开发的市场。今年四月,ANSYS宣布将3DSIM平台与其两个产品(Additive Suite和Additive Print)进行全面整合。

风险缓解

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Additive Print将向工程师展示精准的打印过程,并且会在零件打印之前告知他们打印将成功或失败的结果。如果零件打印不成功,软件将会提供详细说明零件打印如何、在哪里以及为什么失败。在行业应用中,零件打印的成功率极为重要,它可以意味着一个公司的生存与毁灭。

 “人们认为软件非常昂贵”,Brent如是说到,“但是,你要想一想我们为构造一台这样新的大型金属机器要浪费多少钱,因为根据所浪费的材料、时间和成本计算,我们每次失败都要付出数万美元的代价。比如,如果错过了卫星发射的截止日期,那所需的成本可能会更高。”

对于像金属增材制造服务供应商这类的公司而言,模拟软件可能是至关重要的,而且软件的作用不仅限于防止为零件制造失败付出高额的代价。

 “有了这个软件,你再也不需要专家来构造零件了”,Brent如是说到,“通过软件你就可以知道:这是方向、这里需要搭建支架、这样做会导致变形;有了这个软件,你就不再需要多年工作累积的直觉。除此之外,我们看到市场上的服务商也将这一软件用作一种风险缓解工具,他们说:‘如果我拥有这一软件,并且在软件里验证整个制造过程、机器和材料的应用,这样即便我的人被别人挖走,我仍然有办法继续我的业务运营。’

Ansys通过软件以及其他公司通过传感器所实现的成果的结合,将能够预测零件构造期间会发生什么以及验证此预测事件是否真的会发生。如果预测的事件没有发生的话,我们就可以说零件已经通过认证。一旦增材制造可达到这个程度,增材领域就卸下了阻碍其进一步发展的枷锁,而我对增材有效性的质疑也就随之消失了。


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