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該文看懂負(fù)面影響3D列印的應(yīng)用軟件有什么樣
？

發(fā)布時(shí)間：2022-05-29 08:01:24瀏覽：6970點(diǎn)贊：

3D列印應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用軟件

。作者：Digital Alloys

應(yīng)用軟件與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)互相變異

在制造自然環(huán)境中為的是有效率實(shí)行3D列印，須要用作內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

、模擬

、后處理、博爾茲納區(qū)

、鍛造

、檢查產(chǎn)品質(zhì)量管理工作的應(yīng)用開發(fā)工具。

l 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（CAD）

賈伯斯(Steve Jobs) 曾說過

，21世紀(jì)末最合適的控制技術(shù)創(chuàng)新是將生物化學(xué)與控制技術(shù)相交疊

。輕工業(yè)鍛造應(yīng)用領(lǐng)域許多零配件或機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都從生物化學(xué)中獲得的意念，比如潛艦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從鱷魚體型或眼部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)中獲得的意念….這種的范例在輕工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域除了許許多多

。

那么

，為什么我們須要將生物化學(xué)的概念引入鍛造中呢

？大自然創(chuàng)造的生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)巧妙而復(fù)雜，人們?nèi)绾螌⑦@些大自然的作品“復(fù)制”到輕工業(yè)鍛造中呢

？

日益發(fā)展的智能化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件與3D列印控制技術(shù)為我們提供了一條創(chuàng)造仿生內(nèi)部結(jié)構(gòu)的捷徑。市場(chǎng)上存在一類特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件

，稱為“創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”以及“拓?fù)鋬?yōu)化”（GD / TO）應(yīng)用軟件

，可定義加載方案，設(shè)定邊界條件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束條件下優(yōu)化零件幾何形狀

，以實(shí)現(xiàn)所需的性能

。該應(yīng)用軟件依靠計(jì)算機(jī)迭代與模擬來完善零件的幾何形狀，將CAD內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則與來自計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）工具的模擬相結(jié)合

。

創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以幫助內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師優(yōu)化零件強(qiáng)度重量比

，可以模仿自然內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)展的方式，創(chuàng)造出最強(qiáng)大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

，同時(shí)最大限度地減少材料的使用

。

創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)人機(jī)交互、自我控制技術(shù)創(chuàng)新的過程

。根據(jù)輸入者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖

，通過”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的幾何模型

，然后進(jìn)行綜合對(duì)比

，篩選出內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案推送給內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者進(jìn)行最后的決策。

“創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”以及“拓?fù)鋬?yōu)化”GD / TO應(yīng)用軟件的領(lǐng)先提供商包括Altair

、PTC的Frustum

、Autodesk、西門子的Solid Edge ST10和Paramatters等

。

l 模擬（CAE）

產(chǎn)品上市時(shí)間的縮短

、研發(fā)周期的縮短，以及新產(chǎn)品發(fā)布速度的提升使鍛造業(yè)用戶面臨著持續(xù)增長(zhǎng)的控制技術(shù)創(chuàng)新壓力

，當(dāng)今產(chǎn)品的復(fù)雜性和多樣性也在日益提高

，這給產(chǎn)品研發(fā)帶來了壓力。

根據(jù)安世中德工程模擬高級(jí)咨詢專家的寇曉東博士

，一方面增材鍛造為內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的自由度

，將模擬的應(yīng)用提到了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前端，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最早期就發(fā)現(xiàn)并解決內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

，增材鍛造為正向內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了工藝基礎(chǔ)

；另一方面模擬控制技術(shù)能夠激發(fā)增材鍛造的潛能。

在3D列印的情況下

，CAE不僅用作優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

，而且還用作預(yù)測(cè)鍛造過程

、優(yōu)化鍛造過程和開發(fā)新材料。由于3D列印涉及的物理復(fù)雜問題

，CAE應(yīng)用軟件可以幫助緩解產(chǎn)品質(zhì)量問題的許多潛在原因

。根據(jù)安世中德的控制技術(shù)總經(jīng)理包剛強(qiáng)，增材鍛造模擬的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在改善

、減少和開發(fā)幾個(gè)方面

。改善，包括改善金屬增材鍛造內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

、對(duì)工藝過程的了解

、機(jī)器制造效率、材料利用率

、可重復(fù)性和產(chǎn)品質(zhì)量

；減少，包括減少列印失敗

，列印時(shí)間

，不合格零件，后處理

，試錯(cuò)

，設(shè)備維護(hù)和對(duì)自然環(huán)境的負(fù)面影響；開發(fā)

，包括開發(fā)新材料

，新機(jī)器，新參數(shù)

，個(gè)性化微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)和期望的材料屬性

。

可以說模擬對(duì)于3D列印至關(guān)重要，滲透到從建模到前饋控制

，再到過程控制

、材料開發(fā)等3D列印工藝鏈的方方面面。

隨著3D列印-增材鍛造控制技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用

，通過CFD和FEM在鍛造前預(yù)測(cè)性能

、優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證產(chǎn)品行為，零件經(jīng)過內(nèi)部結(jié)構(gòu)流體特性拓?fù)鋬?yōu)化

、內(nèi)部結(jié)構(gòu)拓?fù)漭p量化以及尺寸優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后通過增材鍛造控制技術(shù)加工出來

。CFD、FEM控制技術(shù)與3D列印-增材鍛造控制技術(shù)相得益彰

，互相成就

，共同推動(dòng)零件實(shí)現(xiàn)性能升級(jí)。

除了用作改善整體列印產(chǎn)品質(zhì)量外，CAE工具在幫助優(yōu)化諸如列印速度以及能量和材料輸入等參數(shù)方面也起著重要作用

，這些參數(shù)是3D列印經(jīng)濟(jì)學(xué)中的重要因素

。CAD和CAE的結(jié)合變得越來越緊密無縫，建模與模擬的無縫結(jié)合正成為大勢(shì)所趨

，在這方面

，歐特克（Autodesk）2019年11月就宣布了與輕工業(yè)模擬應(yīng)用軟件企業(yè)ANSYS 之間的下一步合作關(guān)系，雙方將建立起內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件與模擬應(yīng)用軟件的無縫互操作性

，為鍛造用戶帶來革命性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程敏捷性

。這種合作可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等新的自動(dòng)化流程，而自動(dòng)化的流程將縮短產(chǎn)品上市時(shí)間

，使多個(gè)工程團(tuán)隊(duì)可以更為順暢的地一起工作。

l 鍛造處理（CAM）

確定零件構(gòu)建方向：在零件中確定零件方向的最佳方法取決于多種因素

，例如精度和表面光潔度要求

、工藝、支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)等

。CAM可以建議最佳構(gòu)建方向

，但通常也須要用戶輸入。

支撐策略：支持零件有許多不同的方法

，最佳的支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)取決于其幾何形狀

，過程，材料和其他變量

。在大多數(shù)CAM應(yīng)用軟件中

，此步驟在很大程度上是自動(dòng)化的。

加工余量：為的是達(dá)到所須要的高表面光潔度和精度要求

，通常須要預(yù)留一定的加工余量

。這些余量通過機(jī)加工等后加工過程被去除。

零件布局：某些3D列印過程可以一次列印許多零件

，分布在整個(gè)基板上

，也可以堆疊在z軸上。CAM應(yīng)用軟件有助于嵌套零件

，從而使每次構(gòu)建的零件數(shù)量最大化

。

加工策略：完成上述所有步驟并選擇了列印參數(shù)后，CAM應(yīng)用軟件將生成G代碼

，該代碼將發(fā)送至列印機(jī)以執(zhí)行列印過程

。

l 工作流程（MES / ERP / PLM）

鍛造工作流程應(yīng)用軟件已在常規(guī)供應(yīng)鏈中使用了數(shù)十年。該應(yīng)用軟件的類別包括鍛造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

，企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）和產(chǎn)品生命周期管理工作（PLM）

。

走進(jìn)任何，您將發(fā)現(xiàn)同樣的挑戰(zhàn)：許多企業(yè)還在使用Excel表格管理工作整個(gè)鍛造過程，那些包含關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的Excel電子表格被存儲(chǔ)在各個(gè)團(tuán)隊(duì)成員系統(tǒng)的本地硬盤上

。唯一集成到業(yè)務(wù)的其余部分是公司服務(wù)器上的文件共享

。雖然許多企業(yè)正在使用企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)，為公司的每個(gè)部門提供可視性

，但ERP卻是“跳過”車間加工環(huán)節(jié)的

。

雖然3D列印工藝有著其特定的需求和具體的挑戰(zhàn)，但是如果用戶真的愿意接受3D列印作為一種鍛造控制技術(shù)

，它就不能作為一個(gè)孤立的孤島來運(yùn)作

。

正如3D科學(xué)谷在《一張圖看懂國際3D列印產(chǎn)業(yè)鏈》中所提到的，在過去幾年中

，隨著3D列印控制技術(shù)走向輕工業(yè)制造

，除了內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件和模擬應(yīng)用軟件之外，與3D列印相關(guān)的應(yīng)用軟件中出現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵的新類別：工作流程和安全應(yīng)用軟件

。工作流程應(yīng)用軟件對(duì)增材鍛造工藝來說同樣重要

。鍛造企業(yè)在將增材鍛造控制技術(shù)納入制造的過程中，對(duì)工作流程應(yīng)用軟件的需求將不斷增加