Material Center 在增材制造中的應用

增材制造是一種為數字化制造提供中堅支持的技術。增材制造(AM)技術有利于促進分散式生產的發展,提高生產速度、降低成本、減少零件數量,其中包括減少用于構建復雜幾何形狀所需的工具作業和裝置用量,產品設計和變量的專業化定制以及生產使用傳統制造方法無法輕易制造零件的能力。

為實現增材制造的全面效益,我們所面臨的最大挑戰就是保證零件的可重復生產性及始終如一的高質量。零件質量的驅動因素在于其與"制造成品"零件之間的差異。這兩者之間的差異主要包括以下幾個因素:增材系統、材料、構建信息、零件信息和過程參數。因此,需對零件的生產過程加以嚴格限制才能獲得高質量的產品。然而,這個過程不但成本昂貴而且還十分耗費時間,這會致使增材制造所創造的效益有所減少。

理解制造和過程參數的變化性對于確定可計量的產品屬性以及零件性能而言是至關重要的。 

傳統材料的特性描述都是從試驗材料開始的,通常都是分批(典型的掛片級測試) 解釋材料屬性的變化性。然后,再使用統計法將測試數據轉化為工程屬性來解釋這些變化性。最后,將材料屬性運用到工程設計當中。在傳統方法中,制造過程的影響介于充足的允許范圍之內,以保持統計信心。我們將這種方法稱為"Right of Test",如下圖所示,表明了從測試到用戶的過程。

Material Center 在增材制造中的應用的圖1

這種方法對于使用傳統制造方法的材料建構十分有效,因為其中的制造過程參數都很好理解也十分便于控制。然而,就增材制造而言,其過程輸入的數據更多,而且在各批次材料屬性的統計變化中也扮演著更加重要的角色。此外,雖然過程的變化性允許材料和零件性能得以調整并按照設計應用進行優化,但同時也為零件的一致性帶來了獨特的挑戰。

對于材料屬性及零件性能的預測而言,制造過程變化的可量化性是至關重要的。其中,最關鍵的是要獲取所有的信息性, 無論是“ Right ofTest”還是“Left of Test”,以完全掌握一個掛片、樣品或零件的特性。

Material Center 在增材制造中的應用的圖2

對于增材制造而言,獲取輸入和原位數據至關重要:

  • 添加物系統(制造商、模型、軟件版本、機器使用年限及歷史等)

  • 添加物材料(制造商、類型、等級、尺寸等)

  • 構建信息(操作員、構建基板的情況、構建基板的位置等)

  • 零件信息( CAD/STL文件、g代碼、維度、內部結構等)

  • 過程(殼數、層高、筏板、支架、溫度、功率等)

從制造(Left of Test)到測試、材料工程(Right of Test)和上部工程的完整曲線代表完整的生命周期階段。

目前,大多數的此類數據都是由"Travelers"在材料生產過程中獲取的,而且通常都是與經過測試的數據相互分離的。對過程參數敏感的制造方法,比如增材制造,用可追溯的方法,獲取這些信息來開發一個用于驗證增材制造零件的質量系統是非常關鍵的。

MSC的Material Center在整個增材制造過程中都發揮了至關重要的作用,它可允許在單一系統獲取所有的制造過程參數,比如"Left of Test",而且它還能將構建的輸入數據與測試零件的結果相關聯。收集的數據會在統計上被減少,并被用作有限元或材料模型的設計許用值,以預測零件和裝配件的性能。

Material Center 在增材制造中的應用的圖3

最后,分析所生成的虛擬測試數據會被傳送回Material Center并被原位監測信息所覆蓋,以對所構建的零件加以驗證。Material Center 涵蓋金屬生命周期的全過程,比如材料開發計劃,材料從概念到支持物的整個產品生命周期的使用。

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