產品 | ANSYS Additive Suit - ANSYS增材制造工藝仿真套件

2018-02-28 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1.增材制造工藝仿真提升3D打印品質

增材制造為制造業帶來了革命性的變化,其應用已經從快速成型進入到了實際產品制造領域。增材制造完成傳統工藝無法實現的制造、多件融合、分布式制造、材料性能的個性化控制、便于廢舊零件修復和置換,突破了結構形式和工藝手段的限制,可以實現與拓撲優化、鏤空結構等先進設計技術的完美結合。

為了保證增材制造打印件的質量和成功率,需要對打印工藝過程進行仿真計算以預測打印完成后的真實狀態。以金屬打印件為例,在打印平臺上打印時,需要有支撐結構協助保持部件的體型,因為打印過程是金屬粉末在激光作用下快速融化冷卻的過程,該物理過程會導致強烈的殘余應力和變形。支撐不足,會導致打印精度很差甚至打印失敗;反之可能因殘余應力過大而斷裂。且打印件完成后脫離打印平臺,殘余應力會導致變形,產生幾何誤差。傳統的解決辦法是在脫離平臺之前通過熱處理消除殘余應力,耗時耗力且影響部件微觀結構。

ANSYS增材制造工藝仿真套件,通過對增材工藝過程的仿真,預測部件最終的殘余應力和變形,從而優化工藝參數,保證打印質量和效率而避免低效的試錯過程。

產品 | ANSYS Additive Suit - ANSYS增材制造工藝仿真套件ansys培訓的效果圖片1 初始設計

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變形補償設計

在本例中,ANSYS增材仿真套件用于確定部件變形并據此在打印前進行工藝補償設計。初始設計在打印完成后結構上部出現很大的凸起變形,ANSYS增材仿真套件基于初始幾何以及計算預測的變形,建立了變形補償的STL文件并用于3D打印機,最終打印出的零件精確符合設計要求。

2.ANSYS 增材制造工藝仿真套件簡介

ANSYS增材制造工藝仿真套件提供了從結構設計到打印工藝的完整解決方案。它提供了唯一能夠直接讀入機器制造商的打印矢量對打印件的每個掃描矢量的熱歷史進行計算的解決方案,因此也是唯一能夠通過仿真輸入了解3D打印機特有的熱行為并進行詳細預測的3D打印工藝仿真解決方案。

ANSYS仿真工具使得用戶可以考慮整個增材工藝鏈的各個環節,包括拓撲優化、部件驗證、打印設置、工藝過程仿真、支撐生成、打印失敗預防、微觀結構預測等,幫助完成高質高效的增材制造工藝設計而無需昂貴而耗時的試錯過程。

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套件包括如下功能模塊:

拓撲優化和輕量化設計:在保證結構剛度和承載能力的條件下優化結構材料分布,實現輕量化設計。拓撲優化面向自由形狀的設計,增材制造是唯一能夠滿足其制造要求的工藝手段,拓撲優化輸出STL文件格式與增材制造實現數據通訊。

SpaceClaim:CAD幾何造型和結構設計模塊。允許用戶基于任意三維CAD模型開展工作,或者在STL文件基礎上基于三角面片模型進行操作,從而可以在3D模型或者拓撲優化的基礎上進行模型清理、修復、三維造型以及其它建模操作。

Mechanical:設計驗證的結構和熱分析。

Additive Print:增材制造工藝過程仿真,面向設計人員和3D打印操作人員,預測部件形狀、變形和應力,自動生成最佳支撐結構和變形補償STL文件,保證打印精度,避免打印失敗。

Additive Science:基于工藝仿真的材料和最優打印機參數研究,面向增材工藝專家、科研人員或者設備研發者,進行材料性能、微觀結構、設備優化設計等更深入的研究。

其中Additive Print 和Additive Science為金屬材料增材制造工藝過程模擬以及工藝優化、機理研究提供了無與倫比的解決方案。

3.ANSYS Additive Print簡介

ANSYS Additive Print軟件為金屬增材制造設備操作者和設計工程師提供了易學易用、快捷、強大的3D打印工藝過程仿真能力。Additive Print通過模擬詳細研究激光粉末床熔融過程的復雜物理現象,為殘余應力計算、變形分析和打印失敗的預測提供了切實可行的解決方案,使得用戶可以獲得部件公差并避免打印失敗,而無需進行試錯試驗。ANSYS Additive Print自動對STL文件進行變形補償來抵消部件打印過程中產生的變形,而且可以基于殘余應力預測結果自動生成兩種類型的支撐結構,幫助用戶避免布置支撐結構時浪費時間和材料。基于應用自動生成的支撐結構以及葉片碰撞檢測功能可以避免打印失敗。

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ANSYS Additive Print幫助用戶詳細了解增材制造特有的物理機理,提供了其他任何仿真軟件供應商所沒有的功能和分析選項,它讀入金屬打印機的打印文件,采用精確的部件打印掃描矢量進行全尺度熱分析,并在此基礎上為用戶提供了無與倫比的分析預測功能,包括:

部件變形和最終形狀尺寸

逐層變形、形狀和應力可視化查看

識別部件和支撐中的高應變區

自動預測最優支撐結構

自動變形補償STL文件

預防葉片碰撞以及打印失敗

ANSYS Additive Print的價值體現在:

減少試錯試驗

消除不確定性因素

設計可以精確打印的幾何

加速制造過程

幫助更精確的報價

減少激光粉末床融化打印失敗

ANSYS Additive Print功能一覽表

減少試錯	為3D打印殘余應力、變形和打印失敗預測提供了切實可行的解決方案,幫助您在第一時間獲得部件公差,避免打印失敗,而無需進行試錯迭代。讀入金屬打印機的打印文件,采用精確的部件打印掃描矢量進行全尺度熱分析,并在此基礎上進行分析預測。
預測變形	詳細了解您的部件在打印過程中的變形。觀察和評估工藝方案對變形和殘余應力的影響,幫助您選擇合理的部件擺放和支撐策略。查看初始形狀和最終變形形狀(移除支撐前和移除支撐后)之間的差異。
預測殘余應力	提前了解打印過程中應力如何積累。預測應力趨勢、最終殘余應力和打印過程中的最大應力位置。逐層查看打印過程中應力累計。通過彩色云圖查看高應變區域和潛在的葉片碰撞位置。
自動變形補償	部件變形預測結果自動傳遞到變形補償模型并以STL文件格式提供給您,該文件基于打印過程產生的變形進行預先的變形補償,從而保證一次就獲得保形零件。
預測熱應變	依據掃描矢量,基于零件進行全尺度熱分析預測熱應變。基于掃描方向預測熱應變各向異性效應。提供三種應變計算算法:均勻應變假定、掃描模式應變、熱應變選項
自動生成支撐	預測支撐必需承擔的殘余應力。基于特定算法自動生成支撐結構,該算法可根據殘余應力大小改變支撐的密度。計算確定的支撐結構以STL文件格式提供給您。

4.ANSYS Additive Science

ANSYS Additive Science幫助金屬增材制造專家、工程分析師、材料科學家、設備制造商以及粉末供應商,針對特定的機器/材料組合調試最佳工藝參數,以獲得最高等級的部件完整性,并在打印之前預測微觀結構、屬性和傳感器反饋,其功能主要包括:

專有的數學算法提供了比其他同類有限元軟件工具快幾個量級的計算速度。

基于精確的打印文件掃描矢量或者用戶定義的掃描模式進行模擬。

用戶組織的數據庫,包括每種材料非線性溫度相關、物理狀態相關的熱物理學參數。

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ANSYS Additive Science的價值體現在:

確定最佳機器/材料運行參數。

控制微觀結構和材料特性。

更快更有效地應用新材料粉末。

減少獲得合格部件的試驗次數。

加速創新,降低風險。

將仿真預測的機器正確行為與傳感器測量的機器實際行為進行對比,基于此建立工藝評定程序。

ANSYS Additive Science功能一覽表

孔隙和熔池分析	針對全尺寸部件分析熔池尺度現象,獲取詳細溫度歷史和微觀結構信息。運行單道模擬,快速了解不同工藝參數組合導致的熔池形狀和尺寸,例如掃描速度和激光功率。針對選定的工藝參數集,預測欠融化導致的部件孔隙率。
預測傳感器量值	基于機器/材料組合預測各種熱傳感器的測量值,包括靜態點、移動點、紅外攝像頭,以及粉末床金屬打印機高溫傳感器。
預測溫度歷史	計算溫度歷史,跟蹤整個打印過程的從粉末到液態到固態的相變過程,幫助您控制打印件的最終屬性。
預測微觀結構	基于工藝參數輸入(打印平臺板溫度、激光功率和速度,以及掃描策略)預測部件中的顆粒尺寸、組織和偏析。預測微觀結構,使得您可以控制各向異性力學屬性,比如材料強度和彈性模量。
進行參數研究	參數化功能允許您通過虛擬試驗評估成百上千的指標,而不需要開展物理試驗。
跟蹤相變	采用化學相關、溫度梯度相關的相變細節,精確預測溫度歷史、傳感器輸出以及微觀結構,具有無與倫比的優勢。