產(chǎn)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(lián)網(wǎng)

1.增材制造工藝仿真提升3D打印品質(zhì)

增材制造為制造業(yè)帶來了革命性的變化,其應(yīng)用已經(jīng)從快速成型進(jìn)入到了實際產(chǎn)品制造領(lǐng)域。增材制造完成傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)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(fù)和置換,突破了結(jié)構(gòu)形式和工藝手段的限制,可以實現(xiàn)與拓?fù)鋬?yōu)化、鏤空結(jié)構(gòu)等先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的完美結(jié)合。

為了保證增材制造打印件的質(zhì)量和成功率,需要對打印工藝過程進(jìn)行仿真計算以預(yù)測打印完成后的真實狀態(tài)。以金屬打印件為例,在打印平臺上打印時,需要有支撐結(jié)構(gòu)協(xié)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(dǎo)致強(qiáng)烈的殘余應(yīng)力和變形。支撐不足,會導(dǎo)致打印精度很差甚至打印失敗;反之可能因殘余應(yīng)力過大而斷裂。且打印件完成后脫離打印平臺,殘余應(yīng)力會導(dǎo)致變形,產(chǎn)生幾何誤差。傳統(tǒng)的解決辦法是在脫離平臺之前通過熱處理消除殘余應(yīng)力,耗時耗力且影響部件微觀結(jié)構(gòu)。

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

產(chǎn)品 | ANSYS Additive Suit - ANSYS增材制造工藝仿真套件ansys培訓(xùn)的效果圖片1 初始設(shè)計

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變形補(bǔ)償設(shè)計

在本例中,ANSYS增材仿真套件用于確定部件變形并據(jù)此在打印前進(jìn)行工藝補(bǔ)償設(shè)計。初始設(shè)計在打印完成后結(jié)構(gòu)上部出現(xiàn)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(yù)測的變形,建立了變形補(bǔ)償?shù)腟TL文件并用于3D打印機(jī),最終打印出的零件精確符合設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)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(jìn)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(jī)特有的熱行為并進(jìn)行詳細(xì)預(yù)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(huán)節(jié),包括拓?fù)鋬?yōu)化、部件驗證、打印設(shè)置、工藝過程仿真、支撐生成、打印失敗預(yù)防、微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測等,幫助完成高質(zhì)高效的增材制造工藝設(shè)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?fù)鋬?yōu)化和輕量化設(shè)計:在保證結(jié)構(gòu)剛度和承載能力的條件下優(yōu)化結(jié)構(gòu)材料分布,實現(xiàn)輕量化設(shè)計。拓?fù)鋬?yōu)化面向自由形狀的設(shè)計,增材制造是唯一能夠滿足其制造要求的工藝手段,拓?fù)鋬?yōu)化輸出STL文件格式與增材制造實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

SpaceClaim:CAD幾何造型和結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǔ)上基于三角面片模型進(jìn)行操作,從而可以在3D模型或者拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型清理、修復(fù)、三維造型以及其它建模操作。

Mechanical:設(shè)計驗證的結(jié)構(gòu)和熱分析。

Additive Print:增材制造工藝過程仿真,面向設(shè)計人員和3D打印操作人員,預(yù)測部件形狀、變形和應(yīng)力,自動生成最佳支撐結(jié)構(gòu)和變形補(bǔ)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(yōu)打印機(jī)參數(shù)研究,面向增材工藝專家、科研人員或者設(shè)備研發(fā)者,進(jìn)行材料性能、微觀結(jié)構(gòu)、設(shè)備優(yōu)化設(shè)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(yōu)化、機(jī)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(shè)備操作者和設(shè)計工程師提供了易學(xué)易用、快捷、強(qiáng)大的3D打印工藝過程仿真能力。Additive Print通過模擬詳細(xì)研究激光粉末床熔融過程的復(fù)雜物理現(xiàn)象,為殘余應(yīng)力計算、變形分析和打印失敗的預(yù)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(jìn)行試錯試驗。ANSYS Additive Print自動對STL文件進(jìn)行變形補(bǔ)償來抵消部件打印過程中產(chǎn)生的變形,而且可以基于殘余應(yīng)力預(yù)測結(jié)果自動生成兩種類型的支撐結(jié)構(gòu),幫助用戶避免布置支撐結(jié)構(gòu)時浪費(fèi)時間和材料?；趹?yīng)用自動生成的支撐結(jié)構(gòu)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(xì)了解增材制造特有的物理機(jī)理,提供了其他任何仿真軟件供應(yīng)商所沒有的功能和分析選項,它讀入金屬打印機(jī)的打印文件,采用精確的部件打印掃描矢量進(jìn)行全尺度熱分析,并在此基礎(chǔ)上為用戶提供了無與倫比的分析預(yù)測功能,包括:

部件變形和最終形狀尺寸

逐層變形、形狀和應(yīng)力可視化查看

識別部件和支撐中的高應(yīng)變區(qū)

自動預(yù)測最優(yōu)支撐結(jié)構(gòu)

自動變形補(bǔ)償STL文件

預(yù)防葉片碰撞以及打印失敗

ANSYS Additive Print的價值體現(xiàn)在:

減少試錯試驗

消除不確定性因素

設(shè)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(yīng)力、變形和打印失敗預(yù)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(jìn)行試錯迭代。讀入金屬打印機(jī)的打印文件,采用精確的部件打印掃描矢量進(jìn)行全尺度熱分析,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析預(yù)測。
預(yù)測變形	詳細(xì)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(yīng)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(yù)測殘余應(yīng)力	提前了解打印過程中應(yīng)力如何積累。預(yù)測應(yīng)力趨勢、最終殘余應(yīng)力和打印過程中的最大應(yīng)力位置。逐層查看打印過程中應(yīng)力累計。通過彩色云圖查看高應(yīng)變區(qū)域和潛在的葉片碰撞位置。
自動變形補(bǔ)償	部件變形預(yù)測結(jié)果自動傳遞到變形補(bǔ)償模型并以STL文件格式提供給您,該文件基于打印過程產(chǎn)生的變形進(jìn)行預(yù)先的變形補(bǔ)償,從而保證一次就獲得保形零件。
預(yù)測熱應(yīng)變	依據(jù)掃描矢量,基于零件進(jìn)行全尺度熱分析預(yù)測熱應(yīng)變。基于掃描方向預(yù)測熱應(yīng)變各向異性效應(yīng)。提供三種應(yīng)變計算算法:均勻應(yīng)變假定、掃描模式應(yīng)變、熱應(yīng)變選項
自動生成支撐	預(yù)測支撐必需承擔(dān)的殘余應(yīng)力。基于特定算法自動生成支撐結(jié)構(gòu),該算法可根據(jù)殘余應(yīng)力大小改變支撐的密度。計算確定的支撐結(jié)構(gòu)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(xué)家、設(shè)備制造商以及粉末供應(yīng)商,針對特定的機(jī)器/材料組合調(diào)試最佳工藝參數(shù),以獲得最高等級的部件完整性,并在打印之前預(yù)測微觀結(jié)構(gòu)、屬性和傳感器反饋,其功能主要包括:

專有的數(shù)學(xué)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(jìn)行模擬。

用戶組織的數(shù)據(jù)庫,包括每種材料非線性溫度相關(guān)、物理狀態(tài)相關(guān)的熱物理學(xué)參數(shù)。

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ANSYS Additive Science的價值體現(xiàn)在:

確定最佳機(jī)器/材料運(yùn)行參數(shù)。

控制微觀結(jié)構(gòu)和材料特性。

更快更有效地應(yīng)用新材料粉末。

減少獲得合格部件的試驗次數(shù)。

加速創(chuàng)新,降低風(fēng)險。

將仿真預(yù)測的機(jī)器正確行為與傳感器測量的機(jī)器實際行為進(jìn)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(xiàn)象,獲取詳細(xì)溫度歷史和微觀結(jié)構(gòu)信息。運(yùn)行單道模擬,快速了解不同工藝參數(shù)組合導(dǎo)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(shù)集,預(yù)測欠融化導(dǎo)致的部件孔隙率。
預(yù)測傳感器量值	基于機(jī)器/材料組合預(yù)測各種熱傳感器的測量值,包括靜態(tài)點(diǎn)、移動點(diǎn)、紅外攝像頭,以及粉末床金屬打印機(jī)高溫傳感器。
預(yù)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(tài)到固態(tài)的相變過程,幫助您控制打印件的最終屬性。
預(yù)測微觀結(jié)構(gòu)	基于工藝參數(shù)輸入(打印平臺板溫度、激光功率和速度,以及掃描策略)預(yù)測部件中的顆粒尺寸、組織和偏析。預(yù)測微觀結(jié)構(gòu),使得您可以控制各向異性力學(xué)屬性,比如材料強(qiáng)度和彈性模量。
進(jìn)行參數(shù)研究	參數(shù)化功能允許您通過虛擬試驗評估成百上千的指標(biāo),而不需要開展物理試驗。
跟蹤相變	采用化學(xué)相關(guān)、溫度梯度相關(guān)的相變細(xì)節(jié),精確預(yù)測溫度歷史、傳感器輸出以及微觀結(jié)構(gòu),具有無與倫比的優(yōu)勢。