快訊 | e-Xstream Engineering幫助制造商權衡復合材料3D打印的生產成本

海克斯康設計與仿真

2021年5月31日 16:18

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e-Xstream Engineering, 隸屬于海克斯康智能制造部門, 于近日推出了全新的仿真和虛擬制造分析功能。與傳統工藝對比，新方法可以幫助用戶分析高分子基增材制造部件的生產成本，并通過使用制造部件的CT掃描驗證復合材料的微觀結構來不斷改善虛擬工程工藝。快訊 | e-Xstream Engineering幫助制造商權衡復合材料3D打印的生產成本的圖3

復合材料的增材制造在市場上越來越受歡迎，能夠創建出比金屬打印技術強度更好、質量更輕的零件，并通過材料設計（例如，連續纖維增強聚合物）滿足預期的性能要求。最新的Digimat軟件使企業能夠模擬3D打印過程并計算生產每個零件的總成本，包括材料利用率、員工時間、所需能量和后處理步驟。

使用這款全新的工具，工程師可以全面掌握零件生產和精加工的過程，以確定最佳的工藝鏈。最重要的是，它還可以執行批處理優化，并行打印盡可能多的零件，從而提高生產能力并縮短交貨時間。此外，它也可以用于生產計劃中，考慮購買機器的總成本，并分攤到預計的產量上。最后，用戶可以通過折線圖和餅圖顯示結果輕松地查看與分析不同情況下的成本明細。

預計到2030年，全球對復合材料3D打印的需求將增長到17億美元，但由于技術難題，迄今為止實際應用仍受到限制。纖維取向會在零件的不同區域發生變化，因此會對力學性能產生重大影響。掌握此方面信息有助于工程師解決質量問題，并大大提高性能預測的準確性。如今，制造商還可以對零件進行CT掃描并導入3D RAW圖像，在Digimat中建立部件的兩相微結構（例如，碳纖維增強聚合物）的有限元模型，并對其性質進行建模。通過將已驗證的材料模型嵌入到CAE仿真工具中，設計工程師可以進行分析并考慮制造零件中出現的變化，以減少材料的使用或避免失效點。

當引入新的材料系統時，將物理測量與虛擬測試聯系起來還可以提高集成計算材料工程（ICME）過程的準確性。可以將零件性能與仿真過程進行對比，驗證材料模型。CT掃描驗證還能夠幫助材料研究員改進手動建立的微觀結構模型，以提高未來仿真的準確性。

改進新的制造工藝過程時，用戶可以使用材料生命周期管理，獲得相關零件、材料、3D打印機和工藝過程及物理測試的信息。e-Xstream Engineering的MaterialCenter平臺軟件可以獲取和追溯材料屬性數據庫，以便可以在產品的設計階段中使用。使用材料生命周期管理，可以輕松地在多學科團隊中記錄信息，并在整個團隊內共享信息，從而收集有價值的信息，供授權用戶重復使用。

預測CT掃描微觀結構的材料特性是一個計算量較大的過程。例如，只使用CPU計算可能需要花費幾天的時間來分析復雜的特性（例如，蠕變）。通過優化GPU來計算則可以在幾分鐘內得到結果，這樣工程師就可以更快的執行多個交互性質的計算任務。在一個標準算例上，分析材料剛度所需的時間減少了98％。這種快速的求解，再加上命令行界面的引入，也使得Digimat可在高性能計算平臺上基于云端的自動優化工作流中使用。

在用復合材料生產高性能結構（例如，航空零件）時，漸進式失效分析（PFA）模型可以為結構定義安全裕度，并可以最優地利用成本高昂的材料和工藝。最新版本的Digimat可以以兩倍的速度分析這些復雜的Camanho模型，從而可以進行參數研究來定義缺陷公差并最大程度地提高產量。

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