案例分享 | 靈活的增材制造工藝:仿真技術如何支持3D原型設計


  Simufact攜其技術合作伙伴toolcraft通過一個最佳實踐案例展示了增材制造在生產原型時是如何幫助客戶節省時間和成本的。
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方案

在增材制造技術的協助下塑造結構多樣性的產品,此技術可有效幫助客戶節省時間和金錢;通過仿真技術掌握一次就打印成功的方法。

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產品

渦輪機葉輪

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挑戰

以葉片幾何體為例,我們考慮到了傳統制造中存在的挑戰,將設計原型輕松轉化至批量生產。

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使用的軟件

Simufact Additive


背景

    來自弗蘭克尼亞(Frankonia)行政區喬治斯明德(Georgensgmünd) 的MBFZ toolcraft GmbH與其漢堡的軟件合作伙伴Simufact Engineering一起優化了ABB Turbo Systems AG增材制造生產的渦輪機葉輪。通常,這些組件應用在重型機械和車輛的驅動單元中,例如柴油機機車,越野卡車或自卸卡車。根據不同的應用領域,制造商要求該組件需要具有較長的使用壽命和較高的耐磨性,以使其能夠承受機械和熱的負荷。

挑戰

    從原型設計到批量生產以及批量生產中面對的挑戰。

    花絲葉片的幾何形狀通常是通過適合批量生產且堅固的生產工藝——鑄造工藝來生產的,但是,在確定新葉片幾何形狀滿足具有所需性能之前,需要對原型或小批量進行多次測試。某些特殊情況下,也可以根據所需零件的數量來確定制造工藝——測試所需要的渦輪機葉片也可以通過非常小批量的鑄造來實現。通常,這些工藝是非常耗時且成本高昂,因此只有不超過兩個原型可用于開發最終的批量渦輪。從這個角度來講,增材制造技術早已成為可以節省時間和成本的關鍵技術,此外,該技術具有非常大的靈活性,這也是原型制造領域所需的最重要的因素之一。借助這種創新的制造工藝,可以在很短的時間內生產出各種渦輪葉片。最終可以獲得一個較好的產品。MBFZ toolcraft 在渦輪葉片生產的整個增值鏈中的體現了極具價值的高制造能力。在MBFZ toolcraft和ABB Turbo Systems AG之間的合作框架內,可以從一開始就結合產品設計和3D打印來實施。


方案

    1. 仿真可提供有關零件變形和應力的可靠信息。

    對于MBFZ toolcraft,在制造原型中最大的挑戰是保持所需的公差和尺寸精度。這里的決定因素就是增材制造工藝過程中產生的變形大小。為了控制變形盡可能地小一些,MBFZ toolcraft依靠Simufact Additive增材制造工藝仿真來解決。通過使用用戶友好的、面向增材制造的工藝仿真解決方案,MBFZ toolcraft通過適當的工藝參數,可以最大程度的減小變形,在無法避免的位置進行變形自動補償。采用這種方式,MBFZ toolcraft可以實現滿足所有公差要求的增材制造,也避免了耗時的重復工作。

案例分享 | 靈活的增材制造工藝:仿真技術如何支持3D原型設計的圖1

圖1:仿真有助于保持嚴格的公差,從而減少組件的變形

    2. 仿真可以發現構建過程中的問題與挑戰
    仔細觀察 渦輪葉片的構建過程可以清楚地發現其中的挑戰與問題。
    由于組件的幾何形狀和熱應力,在打印過程中會產生高的應力。這是由于特殊的幾何形狀特征,一方面具有多材料大體積的實體核心,另一方面,葉片結構非常精細。因此,組件橫截面將產生較大的變化,在制造過程中的將產生較大的殘余應力,這些結果導致對 變形有高度敏感性
    MBFZ toolcraf通過仔細地仿真分析解決了這些問題,并將關鍵位置確定好,在此基礎上,采取了相應的措施來解決變形問題。這包括 設計合適的支撐結構以減少扭曲變形,從而確保安全的構建過程。 當然,個別案例中,在基板上打印一個理想的組件定位也是非常有用的。 最后一步是基于定量變形分析 對變形進行自動補償 ,從而確定剩余變形情況。通過這種方式可以獲得打印準備。得幸于此種仿真方法,MBFZ toolcraf 獲得了小變形的結構件,并且使組件在滿足所有條件下“ 一次就打印成功 ”。

案例分享 | 靈活的增材制造工藝:仿真技術如何支持3D原型設計的圖2

圖2:從設計到生產完成——盡可能地減小變形這歸功于Simufact Additive

     增材制造的工藝仿真使得MBFZ toolcraf 能夠靈活、快速的響應客戶的要求,例如更改設計、顯著縮短上市時間。強大的仿真解決方案所提供的虛擬工程,使得3D打印項目的開發過程更加緊湊。而這種方法的實現完全得益于可靠的增材制造仿真軟件Simufact Additive。


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