仿真技術助力實現成功的增材制造

在當今競爭日益白熱化的環境中，許多商業巨頭都致力于通過滿足客戶的獨特需求來贏得銷售額。增材制造允許工程師輕松調整基本設計，設計出針對性的功能或者使用不同的材料組合，從而能夠支持大規模定制。這樣不但能夠幫助消費類產品企業以低成本研發定制產品，而且比如在醫療行業中，這意味著醫療設備能夠輕松裝配到患者體內，以提高療效。

增材制造：仿真新前沿

增材制造，即廣為人知的3D打印技術，有望同時為工程與生產帶來變革。由于能夠把數字設計方案快速轉變成實際產品，增材制造可以實現大規模定制并快速響應產品開發。但是高昂的材料成本要求產品研發人員每次都能夠一次成功，完成最佳的設計方案?！禔NSYS Advantage》最近與ANSYS的兩名專家探討了仿真如何最大限度地提高成效和降低風險。

打破常規

自2015年創立起，Relativity Space致力于實現一個獨特的愿景：把利用增材制造技術（3D打?。┘庸さ幕鸺l射到太空。這家位于加州、具有雄心壯志的初創公司志在改變全球的航空航天行業，希望以更快速度、更低成本和更簡便的方式制造火箭。Relativity已經開始改寫商用衛星發射的規則，希望最終能夠在火星上制造出其3D打印火箭，在那里采用這種創新的低成本技術來支持人類移民。

在增材制造工作流程中發揮仿真優勢

在設計新款工業過濾器時，Croft Filters公司需要解決選區激光熔化增材制造過程中的翹曲問題。通過在設計打印的工作流程中利用ANSYS Additive Print增材制造仿真解決方案，工程師能夠快速生成適合增材加工的設計方案，并避免多次試錯產生的構件失敗，從而把產品上市時間和原型構建費用減少了50%。

逐層掌握增材制造

開展面向增材制造的設計時，需要遵循與傳統制造工藝不同的思路。從諸如懸垂、支撐結構布置、擺放方向等細節到諸如增材制造是否是給定應用的理想選擇、需要使用哪些材料或者如何整合和優化部件等更重要的決策，都會讓人感到無所適從。

確保增材制造獲得成功

由于每個工程師的工作方式不盡相同，而且需要能夠無縫融入其工作流程的工具，因此ANSYS提供了一系列針對不同需求的增材制造解決方案。經過充分考慮DfAM設計人員和AM機器操作員的需求，ANSYS打造出了Additive Print這套獨立解決方案。 Additive Print逐層金屬粉末床仿真工具是避免打印失敗的關鍵，有助于淘汰物理試錯方式，并能夠輕松地融入設計人員和AM設備操作員的工作流程。

利用ANSYS Additive Print可成功實現金屬3D打印首次即成功

ANSYS Additive Print幫助PADT預測了最小變形，并確定無需支撐件。根據Additive Print的建議，PADT制造了不帶支架的部件。實際構建的成品驗證了ANSYS模型。通過避免不必要的支架對部件產生的過度約束，PADT為客戶節省了大量時間與材料。

填補孔洞

增材制造之所以有望成為生產SAS支架的制造方法，原因在于它能消除傳統減材制造工藝的可制造性設計約束。工程師采用拓撲優化功能，以全面發揮增材制造帶來的設計自由度，并通過將支架內部的組件從11個減少到僅剩1個，工程師最終獲得了能降低制造與裝配成本的設計方案。與此同時，支架重量減輕了30%，因而能以同等程度提高航空器的有效載荷。

利用仿真對增材制造的火箭部件進行認證

在競爭極其激烈的航空航天行業中，失敗會造成非常高昂的代價，因此在采納新技術之前進行徹底的驗證過程至關重要。在過去，這意味著需要漫長的試錯過程來驗證新的制造工藝。仿真可以與更小體積的物理測試結合在一起，在不降低太空任務安全性的情況下驗證與采用新技術。

塑造未來

AM需要成本高昂的試錯過程，而仿真則可顯著減少這個過程。企業無需在試驗操作中冒著風險浪費昂貴的粉末以及寶貴的設備容量與研發時間，而是在啟動AM機器之前就可以預測打印操作結果。

極速輕量級摩托車設計

為了實現精彩絕倫的輕量級設計VinsDuecinquanta摩托車的單體車架、輪輞、車叉與車身均采用碳纖維復合材料。Asotech工程師采用ANSYS Mechanical拓撲優化功能研發了一款高度優化的設計方案，同時還對基本形狀和部件尺寸進行了更改，從而將重量銳減56%。

打造更穩固的支架

工程師采用振動疲勞仿真驗證了所推薦最佳支架的性能。仿真可在三分鐘內將振動加速度從4.5G降至3.0G，同時還可將振動頻率從20–50Hz（4.5G時）的范圍提升到50–200Hz（3.0G時）的范圍。另外，仿真過程還需要在24小時內將溫度從90攝氏度降到-30攝氏度，然后再升高到90攝氏度，才能確保支架能夠承受發動機艙內的溫度變化。

個性化植入物讓患者重展笑顏

仿真不僅能夠確定組件之間相互作用時存在的潛在問題，而且還能指出潛在故障點。例如，它可以顯示出在哪個位置的螺絲有可能因局部應力高而導致骨裂，或在哪個位置的螺絲無法牢固地固定植入物。在OMX Solutions生產工程師確信裝配體牢固可靠之后，他們就可將設計方案提交給外科醫生進行審查。

抑制DDR系統電源噪聲

智能互聯產品需要在更纖小且多變的封裝中集成更多功能。為了確保實現無差錯性能，必須優化整個系統，才能降低晶體管電壓與接地端子之間的噪聲。STMicroelectronics工程師采用ANSYS工具確定并糾正了復雜DDR系統設計中的電源完整性問題，有效避免了產品延期發布。

去除制動踏板中的金屬材料

傳統優化方法在減重方面的作用非常有限；它們雖能更改部件尺寸，但卻無法改變部件整體形狀。另外，拓撲優化功能可以重新設計部件，不僅能最大限度減輕部件重量，同時還可滿足設計工程師指定的載荷與其他要求。KSR International采用這種新方法將汽車制動踏板的重量降低了21%，結構優化時間從7天縮短至2天。

電動汽車思想領袖的觀點

作為Magna前首席技術官，Burkhard Goeschel教授曾任BMW管理委員會成員，現任國際汽聯(FIA)替代動力技術委員會主席，對汽車產業和汽車運動始終充滿激情。在一次由三部分組成的系列采訪中，Burkhard Goeschel與ANSYS全球行業總監Rob Harwood分享了他對于汽車工業現狀及前景的看法。第三部分主要介紹了他對電動汽車技術與市場的真知灼見。

快速變革的汽車行業思想領袖的觀點

作為Magna前首席技術官，Burkhard Goeschel教授曾任BMW管理委員會成員，現任國際汽聯(FIA)替代動力技術委員會主席，對汽車產業和汽車運動始終充滿激情。在一次由三部分組成的系列采訪中，Burkhard Goeschel與ANSYS全球行業總監Rob Harwood分享了他對汽車工業現狀及前景的看法。第二部分主要介紹他的個人經歷以及他對顛覆汽車行業的變革趨勢的真知灼見。