报废错误，而不是材料，模拟

增材制造(AM)有望成为可持续制造的最大趋势之一。新的设计实践拓扑优化产生更轻的优化部件，例如，转化为更轻的车辆和更高的燃油效率。在3D打印过程中，通过熔化，绑定或融合规定数量的材料来创建一个部件，以支持实现零浪费环境的努力。这并不是说3D打印没有浪费——打印形状需要支撑或结构来防止在打印过程中零件变形，从而导致少量的废弃材料。但是在打印失败的情况下会发生什么?

在设计阶段，工程师可能会浪费大量的零件和材料来实现成功。通常只有在制造过程的后期发现故障部件，并意识到无法继续打印时，才会解决错误。加法制造大多数制造商可能仍然不熟悉设计方法，依靠试错法进行印刷是不切实际的。使用Ansys软件Combitech是一家主要在北欧地区运营的独立咨询公司，通过模拟帮助客户识别导致零件打印失败的打印过程问题。

注:本文中的所有模拟图像均来自Vinnova战略创新计划(SIP)赞助的研究项目Production2030。

Combitech计算机辅助工程(CAE)和分析主管Tomas Sjödin说:“我们在零件层面进行设计工作和模拟生产过程。”“对于一些客户，我们只做设计工作，而对于其他客户，我们只做生产过程的模拟工作。在其他产品中，我们模拟实际部件本身的性能，考虑刚度、疲劳或强度等变量。”

在成功和失败之间划清界限

模拟生产的想法源于Combitech完善的钣金设计验证工作方法，其中包括钣金成型模拟。除了实现最终产品设计之外，该方法还确保产品满足(并且可以在考虑到客户需求的情况下成功制造)客户需求。同样，Combitech增加了他们在AM中的活动，以简化客户的生产。他们最初希望能够在3D打印机中模拟实际的生产周期，以识别打印过程中导致失败的任何问题。与Ansys一起，Combitech已经开展了许多项目，以加强他们在这一领域的能力。

Sjödin表示:“在我们的客户中，我们看到3D打印的使用越来越多，既节省了时间，又提高了性能。”“我来自汽车行业，一直与白车身和钣金部件打交道。对于制造的每一个冲压汽车零件，都有钣金冲压仿真在它被生产出来之前，没有例外。这是在订购工具之前找到并解决每一个问题。我们在3D打印中使用了相同的策略——在每个部件被发送到打印机之前，应该模拟整个过程，以避免在生产开始之前打印失败。”

当精度降到毫米的几分之一

利用Ansys仿真解决方案，Combitech在国防工业中开展了一个研究项目和两个工业项目。其中一个项目需要使用选择性激光熔化(SLM)，这是一种增材制造技术，需要高功率密度的激光熔化和混合金属粉末。这种方法被用于一个包含冷却通道的部件，以保持特定的机械性能并冷却电子设备。每个冷却通道的直径被测量到1毫米。另一个要求是，表面应该平整到0.1毫米，这就排除了在打印后进行铣削的可能性。

最大的挑战是实现一个详细的几何图形，这需要一个非常精细的网格和很长的模拟时间。在这个场景中，Sjödin的团队想看看Ansys Additive Suite可以处理这些对精度的高要求。总体目标是实现对几何形状的改变，以实现更少的扭曲，并满足具有非常平坦表面的零件的最终几何形状的需求。最初，这对客户来说是一个挑战——他们打印的第一个零件表面偏差为1毫米。

使用Additive Suite中的几个工具，将几何形状导入为STEP文件，并从打印机操作员处收集机器数据。之后，该团队将模拟结果与扫描数据进行了比较。Additive Suite的集成功能对Combitech的整体成功至关重要，使他们能够从STEP文件中无缝地导入零件几何形状进行分析。他们还使用自己的脚本将真实零件的扫描数据与模拟结果进行比较，这有助于他们确定打印失败的原因，并为客户提供不同的解决方案。

Pre- and - post-processing是在Windows的工程笔记本电脑上完成的;然而，所有的设计分析都是在具有适当cpu数量的Linux集群上完成的。由于详细的几何形状，工程师必须使用非常精细的网格，需要很长的模拟时间来实现更少的畸变，并满足客户对最终几何形状的要求。

添加剂套件降低客户成本

Sjödin的团队还使用Additive Suite在一个较小的线弧增材制造(WAAM)项目中取得了成功，该项目涉及激光金属沉积(LMD) -一种直接能量沉积技术，通常用于3D打印金属部件或为现有金属结构添加功能。在这个过程中，高功率激光被用来熔化金属表面，同时沉积金属粉末或金属线。与客户一起，团队想要研究模拟WAAM工艺的可能性，涉及更小的产品和不同于以前使用的打印方法。在Additive Suite的帮助下，团队成功捕获了整体现象，并对制造稍有不同的应用程序所需的方法、结果、工具和时间获得了信心。

Sjödin表示:“Ansys Additive Suite在捕捉现实中发生的物理现象方面的结果非常有希望。”“我相信，am制造过程的模拟将在未来成为标准工作，就像今天的金属板成形模拟一样。通过Ansys仿真，我们可以减少故障部件的数量，并在客户花费更多时间和金钱进行3D打印之前纠正设计。”

Ansys的工具(包括Additive Suite)大大提高了整体零件质量，同时加快了Combitech客户的开发过程。使用这些工具，Combitech将继续为模拟生产设定新的质量标准，为航空航天、医疗、运输、能源、消费品等领域提供更轻、低废物的解决方案。