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增材制造，俗稱3D打印技術，在制造生產領域能夠降低生產成本、簡化流程、縮短產品生產周期。如今，增材制造不僅僅應用于產品的外觀設計、工藝輔助的間接制造，也延伸到了多類零件的直接制造，應用于航空航天、醫療器械、汽車制造、注塑模具等領域。

海克斯康旗下的增材制造解決方案專注“打印效果”控制，精確地預估、處理零件復雜結構，致于“打印件”的一次性成功,為增材制造的精密性保駕護航。

01精確測試飛機“打印”零部件

問題挑戰——殘余應力與變形構建測試昂貴耗時

應對飛機制造小批量、多樣化的訂單需求，增材制造成為滿足客戶需求的關鍵技術推動者。作為世界上最大的國防實體之一的BAE公司，在使用增材制造技術制造零部件時，面臨了殘余應力和變形的挑戰。某些情況下，他們必須完成5-6次構建測試才能完成零件的正確“打印”，這是非常昂貴和耗時的。

解決方案

通過海克斯康旗下的MSC軟件解決方案Simufact Additive，對零件結構的設計、制造參數、堆積成型方向、支撐結構等進行評估，可迅速評估零件增材制造的可行性，解決制造過程中零件變形超限和殘余應力失效的問題，將每個組件的構建測試次數減少至2次。同時，在構建模型之前，利用仿真軟件可以獲得構建的最佳方向和支撐策略，如此便可以在第一個迭代步驟中將組件的失真降低70%以上，極大提高增材制造的準確度與制造效率。

02一次性“打印”賽車軸承座

問題挑戰——零件嚴重變形部件與支撐結構分離

輕量化是汽車行業變革的趨勢，在賽車界這種趨勢更加明顯。為此，德國的Green Team車隊聯系到全球金屬增材制造領域的領導者之一Renishaw，希望可以重新設計原本由鋁材制成的軸承座，提高賽車性能。

然而，想要精確處理和打印軸承座如此復雜的結構也是極具挑戰性的，這與其它的熱分析過程很相似，許多工藝參數（例如堆積速度、熱源、粉層厚度）都會對打印零件的質量產生影響，導致零件嚴重變形以及部件和支撐結構之間分離。

解決方案

海克斯康的Simufact Additive軟件，可提供一種宏觀尺度方法——固有應變法，這種方法宏觀分析了制造過程中的固有應變（包括塑性應變、熱應變、蠕變應變和相變應變），同時用戶可通過軟件自有模塊對固有應變進行快速校準。另外，為補償在軸承座內側區域發生的變形，在軸承座內壁加入四個插件并相應使用Simufact Additive為其創建新的支撐結構，極大改善圓柱度，在控制變形方面有了極大的改進。

03避免復合材料“打印”翹曲變形

問題挑戰——材料異性行為打印零件翹曲變形

復合材料3D打印的過程中，材料的逐層沉積會出現復雜熱力載荷，鄰近微粒間或層間產生的收縮性差異等，會使得材料本身產生各向異性行為，最終影響零件的精確性。為了最大限度地實現3D打印的“一次性”成功，需要對設計數模、加工過程及后續結構分析進行一系列的仿真預測，通過閉環排列組合式分析調整，從而減小零件翹曲變形，找到最佳設計參數。

Digimat-AM軟件中，在幾何體補償之后的翹曲變形預測

左側:打印零件（紅色）和設計零件（綠色）的疊加

右側：實測模型，最大偏差低于0.1mm

解決方案

海克斯康的Digimat軟件團隊與客戶通力合作，在考慮打印機內部熱交換（傳導、對流和輻射）的情況下，利用完全熱力耦合分析方法，來確定打印材料產生的翹曲變形，并通過微結構的力學分析，預測打印工藝生成的翹曲變形，以零成本形式快速研究工藝參數對打印質量和零件保真度的影響，實現翹曲變形的最小化，節約時間和材料，優化制造工藝。

目前，海克斯康的技術已經覆蓋了汽車、航空航天、復合材料加工等領域的諸多知名品牌，打造了一張“增材制造質控”的獨家名片。

關鍵字：3D打印引用地址：增材制造技術詳解

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2019年03月01日 | 增材制造技術詳解