直接能量沉積的案例
simufact.welding 2020 新功能
simufact.welding 2020 新功能
主要更新內(nèi)容：
新增工藝類型模塊：直接能量沉積-Direct Energy Deposition，送絲送粉式增材制造，
Python腳本功能
擴(kuò)展和增強(qiáng)后處理工能
電阻點(diǎn)焊功能改進(jìn)
GUI支持冶金學(xué)模型
利用G-Code進(jìn)行模型創(chuàng)建和設(shè)置
改進(jìn)UNV導(dǎo)出，兼容第三方軟件數(shù)據(jù)
其他易用性和功能改進(jìn)（改進(jìn)246個(gè)新功能）
更新說(shuō)明：
新增工藝類型模塊：直接能量沉積-Direct Energy Deposition，送絲送粉式增材制造，
與之前的多層多道焊接仿真不同，模型基于單個(gè)沉積體
采用先進(jìn)的單元激活技術(shù)，在確保精度的情況下求解效率更高
單元集合自動(dòng)在前處理界面中分配設(shè)置
設(shè)置沉積材料預(yù)熱
Python腳本功能
增加了Python接口，可以對(duì)現(xiàn)有模型中進(jìn)行工裝、焊接順序等設(shè)置
接口可用于：在終端鍵入命令；在終端運(yùn)行腳本文件
提供教程和集成html使用文檔
允許安裝額外的軟件包使用
用于結(jié)果導(dǎo)入，重新掃描結(jié)果文件
擴(kuò)展和增強(qiáng)后處理工能
在結(jié)果視圖中添加了一個(gè)通用的過(guò)濾器
顯示指定編號(hào)的節(jié)點(diǎn)和單元
顯示指定編號(hào)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和單元
顯示小于或大于某個(gè)值的結(jié)果
顯示一定的范圍內(nèi)的結(jié)果
增加收斂監(jiān)視器，可以幫助用戶追蹤和分析焊接工藝過(guò)程，評(píng)估求解器的收斂行為，求解不穩(wěn)定和報(bào)錯(cuò)的情況，并根據(jù)計(jì)算時(shí)間和結(jié)果情況判斷可行的改進(jìn)設(shè)置
電阻點(diǎn)焊功能改進(jìn)
支持使用熱循環(huán)方式求解多于2層板的電阻點(diǎn)焊
默認(rèn)的接觸類型設(shè)置為在峰值溫度高級(jí)粘接
一個(gè)組件可以被標(biāo)記為“膠 （adhesive
展開(kāi) MSER（IF=36.214）頂刊綜述論文：金屬晶格結(jié)構(gòu)的增材制造
常用于制備金屬材料的增材制造技術(shù)有粉床熔融技術(shù)，直接能量沉積，熔融沉積成型，分層實(shí)體制造，直寫(xiě)成型技術(shù)，粘合劑噴射等等。
圖1. 各種金屬增材制造技術(shù)示意圖：(a) 粉床熔融技術(shù)，(b) 直接能量沉積，(c) 熔融沉積成型，(d) 分層實(shí)體制造，(e) 直寫(xiě)成型技術(shù)，(f) 粘合劑噴射。
在過(guò)去，盡管可以設(shè)計(jì)出許多具有潛在優(yōu)異性能的復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)，但它們的制造仍然受到傳統(tǒng)方法的限制。 幸運(yùn)的是，由于先進(jìn)的制造能力，增材制造技術(shù)的發(fā)展反過(guò)來(lái)促進(jìn)了更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)目標(biāo)也從原來(lái)的可制造性轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄浴?從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度看，晶格結(jié)構(gòu)是在一定的空間中重復(fù)出現(xiàn)的單元胞集合。 因此，在晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，既要考慮單元胞設(shè)計(jì)，也要考慮整體圖案設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，這樣方能得到具有優(yōu)異性能的晶格結(jié)構(gòu)。對(duì)于單元胞的設(shè)計(jì)，主要包括桿基，殼基，三重曲面三種單元胞。
圖2. 粉床熔融技術(shù)制備的桿基金屬晶格結(jié)構(gòu)及其單元胞原型：(a) 立方體結(jié)構(gòu)，(b) 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，(c) 菱形十二面體結(jié)構(gòu)。
總的來(lái)說(shuō)，金屬晶格結(jié)構(gòu)的性能主要由單元胞的構(gòu)型，孔隙率，使用的材料種類以及不同的增材制造技術(shù)決定的。設(shè)計(jì)和制造出具有不同性能的金屬晶格結(jié)構(gòu)可以在不同的工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。例如，具有較低的彈性模量金屬晶格結(jié)構(gòu)，可適用于生物醫(yī)用骨科植入物；具有較高的剛性和能量吸收能力的金屬晶格結(jié)構(gòu)，可適用于輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及能量吸收器；具有較高的比表面積的金屬晶格結(jié)構(gòu)，可適用于催化結(jié)構(gòu)的載體。以及還有其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
圖3. 輕量化金屬晶格結(jié)構(gòu)實(shí)際案例：(a)-(c) 不銹鋼米歇爾梁，(d) 不銹鋼汽車(chē)控制臂，(e) 鈦合金枕形支架，(f)-(h) 用金屬晶格結(jié)構(gòu)填充的衛(wèi)星支架。
展開(kāi) Abaqus增材制造過(guò)程仿真理論連載1
將討論下面的主題：
· 關(guān)于增材制造
· 工具路徑-網(wǎng)格交叉模塊
· 熱-力分析
· 基于本征應(yīng)變的分析
· 增材制造的特殊目的技術(shù)
· 后處理仿真以及服役性能驗(yàn)證
1.1關(guān)于增材制造
增材制造，也被稱為3D打印，是一個(gè)廣泛使用的術(shù)語(yǔ)，用于描述制造三維物體的工業(yè)過(guò)程：
· 原材料的受控沉積(通常為粉狀、熔融態(tài)或液態(tài));
· 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。
通用增材制造過(guò)程（ISO/ASTM52900-15）如下表：
技術(shù)
粉末床
粘結(jié)劑噴射
直接能量沉積
材料擠出
箔片層疊
光照聚合
材料噴射
描述
熱能選擇性地熔化粉末床的區(qū)域
一種液體粘合劑被沉積，來(lái)連接粉狀材料
安裝在多軸臂上的噴嘴沉積熔化的材料
材料通過(guò)噴嘴擠出，在那里被加熱。
展開(kāi) 17種金屬3D打印技術(shù)
△粘合劑噴射3D打印機(jī)
直接能量沉積（Direct Energy Deposition）
常用工藝：DED（直接金屬沉積）、WAAM（電弧增材制造）、LMD（激光材料沉積）
描述：這種方法通過(guò)擠壓金屬，無(wú)論是金屬粉末還是金屬絲，然后立即受到高能量的撞擊（可以通過(guò)等離子弧、激光或電子束實(shí)現(xiàn)熔化）。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過(guò)機(jī)械臂進(jìn)行位置操作。它與焊接非常相似，因此主要應(yīng)用之一是修復(fù)現(xiàn)有金屬零件并增加零件的功能性。
技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：金屬絲是最實(shí)惠的金屬3D打印材料形式，有些機(jī)器甚至可以使用兩種不同的金屬粉末來(lái)制造合金和材料梯度。5軸和6軸運(yùn)動(dòng)可以在不使用支撐材料的情況下生產(chǎn)模型。可以修復(fù)損壞的金屬部件并添加新組件。構(gòu)建體積大，材料使用高效，零件密度高，機(jī)械性能好，打印速度快。
技術(shù)缺點(diǎn)：零件表面質(zhì)量較差，通常需要機(jī)加工和精加工，小細(xì)節(jié)很難或不可能實(shí)現(xiàn)。機(jī)械和操作成本高。
△激光金屬沉積(LMD)
金屬材料擠壓（Metal Material Extrusion）
常用工藝：FDM（熔融沉積建模）/FFF（熔絲制造）
描述：這項(xiàng)技術(shù)專為使廉價(jià)金屬3D打印而創(chuàng)建，可用于中小型企業(yè)。設(shè)計(jì)工作室、機(jī)械車(chē)間和小型制造商使用金屬材料擠壓機(jī)來(lái)迭代設(shè)計(jì)、創(chuàng)建夾具和固定裝置，并完成小批量生產(chǎn)。領(lǐng)域的最新發(fā)展是金屬絲，可在大多數(shù)桌面FDM3D打印機(jī)中使用，使幾乎每個(gè)人都可以使用金屬3D打印。金屬材料擠壓的工作原理：
聚合物細(xì)絲或浸有金屬小顆粒的線材按照設(shè)計(jì)形狀逐層3D打印。
清洗3D打印部件，去除一些粘合劑。
將零件放入燒結(jié)爐中，金屬顆粒熔化成固體金屬。
技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)惠、操作簡(jiǎn)單安全。
展開(kāi) 
新的理論模型，可預(yù)測(cè)激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度
2018年10月10日，南極熊獲悉，澳大利亞和印度的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的理論模型，可成功預(yù)測(cè)激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度。
該模型由印度理工學(xué)院的Ramesh Singh教授團(tuán)隊(duì)與莫納什大學(xué)的Wenyi Yan教授共同開(kāi)發(fā)，研究了熱機(jī)械行為和通過(guò)直接能量沉積技術(shù)（如激光熔覆）進(jìn)行的冶金轉(zhuǎn)化。
激光熔覆廣泛用于汽車(chē)和航空航天工業(yè)中零件和結(jié)構(gòu)部件的維護(hù)，修理和大修，因?yàn)樗纳屏瞬牧咸匦浴?“定向能量沉積方法在航空航天部件，模具、模具的維修和再制造方面具有巨大的潛力，這些部件和模具因循環(huán)熱機(jī)械加載而受到損壞，”Singh解釋說(shuō)。 “但是，沉積層中存在拉伸殘余應(yīng)力會(huì)降低部件的疲勞壽命。在這項(xiàng)協(xié)同工作中開(kāi)發(fā)的完全耦合的熱機(jī)械和冶金模型已用于確定臨界沉積高度，以確保壓縮殘余應(yīng)力。 沉積層可持續(xù)修復(fù)。“
△用Neutron和X射線衍射測(cè)量有限元模型預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力的比較。圖片來(lái)源：澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織（ANSTO）
他們的工作在“Scientific Reports journal”上在線發(fā)表。在該論文中，研究人員報(bào)告說(shuō)，通過(guò)其金屬熱機(jī)械模型預(yù)測(cè)的激光熔覆鋼橫截面上殘余應(yīng)力的變化表明存在臨界沉積高度。
沉積的臨界高度對(duì)應(yīng)于層厚度，當(dāng)沉積時(shí)，層厚度將使沉積層和基板中的有益壓縮殘余應(yīng)力最大化。
低于臨界高度的沉積將在界面處產(chǎn)生有害的拉伸殘余應(yīng)力，而高于臨界高度的沉積將導(dǎo)致過(guò)度稀釋。
研究還發(fā)現(xiàn)，在沉積的臨界高度，凝固速率最小。
Kowari殘余應(yīng)力衍射儀用于測(cè)量H13鋼樣品中的宏觀殘余應(yīng)力，該樣品是用釩含量高的坩堝顆粒冶金鋼粉激光包覆的。
Kowari殘余應(yīng)力的三維測(cè)量是高度準(zhǔn)確和非破壞性的。
“一個(gè)模型只有它的驗(yàn)證一樣好。
展開(kāi) 德國(guó) Fraunhofer 開(kāi)發(fā)金屬絲激光沉積技術(shù)，材料利用率可達(dá)100%
Fraunhofer 針對(duì)LMD-W 技術(shù)提供的服務(wù)包括：
應(yīng)用的可行性研究
工藝開(kāi)發(fā)
通過(guò)該技術(shù)提供小批量定制制造
將該技術(shù)整合到現(xiàn)有的工藝鏈中
基于LMD-W 技術(shù)的增材制造設(shè)備設(shè)計(jì)和制造
將基于LMD-W 技術(shù)的激光系統(tǒng)和送絲系統(tǒng)集成到機(jī)床中
3D科學(xué)谷Review
Fraunhofer激光技術(shù)研究所還開(kāi)發(fā)了另外一種基于直接能量沉積-DED的金屬增材制造技術(shù)-EHLA超高速激光材料沉積技術(shù)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，該技術(shù)可用于涂層和修復(fù)金屬部件。
Fraunhofer激光技術(shù)研究所認(rèn)為，超高速激光材料沉積技術(shù)（EHLA）具有替代當(dāng)前腐蝕和磨損保護(hù)方法如硬鍍鉻和熱噴涂的潛力。EHLA通過(guò)激光熔化金屬粉末，金屬粉末以液態(tài)金屬的形態(tài)“滴入”焊池而不是以半熔化的燒結(jié)顆粒形態(tài)粘結(jié)在一起。
Fraunhofer表示，該工藝對(duì)當(dāng)前抗腐蝕和磨損保護(hù)的加工工藝具有改進(jìn)作用。由于硬鉻電鍍消耗大量能量并且具有粘合和孔隙率的缺點(diǎn)，而熱噴涂在所用材料方面可能相當(dāng)浪費(fèi)。相比之下，EHLA方法加工出來(lái)的涂層是無(wú)孔的，從而改善粘合情況并降低裂紋和孔隙的發(fā)生的可能性。 除此之外，根據(jù)Fraunhofer，EHLA技術(shù)比熱噴涂節(jié)約90％的材料。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
展開(kāi) Abaqus AM髖關(guān)節(jié)植入物增材制造過(guò)程模擬
髖關(guān)節(jié)植入物L(fēng)DED增材制造實(shí)例：
髖關(guān)節(jié)植入物
激光直接能量沉積（LDED）是一種常見(jiàn)的增材制造方式，其原理是是將熔化的材料通過(guò)逐層堆積的方式制造特定形狀的零件。LDED定制復(fù)雜髖關(guān)節(jié)植入物已經(jīng)得到了廣泛的臨床應(yīng)用。
LDED增材制造過(guò)程示意圖
AM模型
增材過(guò)程中，往往伴隨著復(fù)雜的熱力學(xué)變化，這些變化又都與溫度有關(guān)。因此需要大量數(shù)據(jù)參數(shù)來(lái)模擬這一過(guò)程。Abaqus增材制造插件已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以指導(dǎo)CAE中關(guān)鍵字的定義，以便將數(shù)據(jù)發(fā)送到子程序進(jìn)行模擬。
安裝插件后，可以通過(guò)選擇插件-> AM Modeler（顯示/隱藏）來(lái)使AM Modeler可見(jiàn)，右鍵單擊開(kāi)始創(chuàng)建AM模型。選擇“ Abaqus Builtins”選項(xiàng)，則預(yù)定義的類型將可用，否則將需要自己定義類型。本例在此處使用預(yù)定義的類型。
創(chuàng)建AM模型
AM模型在“ AM建模器”選項(xiàng)卡中可見(jiàn)，其主要包括數(shù)據(jù)設(shè)置、模型設(shè)置和仿真設(shè)置三大部分。數(shù)據(jù)設(shè)置的內(nèi)容最為廣泛，其中包含不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型，如參數(shù)表，屬性表和事件系列。
“ AM建模器”選項(xiàng)卡
事件系列
事件系列主要以時(shí)間和空間相關(guān)的方式定義數(shù)據(jù)，其大多是幅值曲線和路徑的組合，其主要結(jié)構(gòu)是：
time_1，x_1，y_1，z_1，field_value1_1 [，…]
time_2，x_2，y_2，z_2，field_value1_2 [，…]
事件系列類型可以由用戶定義，但是也有預(yù)定義的選項(xiàng)。該類型將以“ ABQ_AM”開(kāi)頭。本例包含兩個(gè)事件系列，分別用于定義材料沉積路徑和激光路徑。每個(gè)事件系列都有一個(gè)字段值，對(duì)于物料路徑，該值為1或0，表示正在沉積（1）或不沉積（0）的材料；對(duì)于激光路徑，這表示激光的功率。
展開(kāi) 金屬增材制造工藝的發(fā)展與技術(shù)綜述
增材制造被商業(yè)化為流行的技術(shù)，如選擇性激光熔化、熔融沉積建模和電子束熔化，這些技術(shù)在汽車(chē)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)和建筑等各個(gè)行業(yè)都得到了應(yīng)用。包括EOS、POM組織、Stratasys、IBM、HP、Aeromet、Hellisys和Fraunhofer在內(nèi)的先鋒公司進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和商業(yè)化了AM流程。
金屬增材制造的廣泛應(yīng)用為制造領(lǐng)域帶來(lái)了廣泛的新可能性。此外，最近在建模科學(xué)、制造和材料加工方面的進(jìn)步導(dǎo)致了AM的重點(diǎn)從快速原型到直接生產(chǎn)金屬部件的轉(zhuǎn)變。MAM根據(jù)原材料分為四大類，即液態(tài)基、固態(tài)基、線狀基和固態(tài)基。MAM工藝的幾個(gè)商業(yè)變種被開(kāi)發(fā)出來(lái)，發(fā)現(xiàn)了新的應(yīng)用，如修理和重做關(guān)鍵和昂貴的零件。此外，MAM工藝生產(chǎn)的部件具有相對(duì)類似于鍛造和鑄造的物理機(jī)械。
結(jié)果表明，工藝參數(shù)和MAM工藝類型對(duì)沉積材料的機(jī)械性能有顯著影響。與SLS、EBM和DMLS相比，DED生成的表面具有更好的算法粗糙度。另一方面，SLS和DMLS比SLM、LAM和DED的構(gòu)建速度更快。此外，在采用PBF工藝的情況下，產(chǎn)品的制造成本也較低。然而，據(jù)觀察，EBM和DED技術(shù)制造的產(chǎn)品具有較高的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。
6.結(jié)論
本文對(duì)金屬增材制造的主要工藝進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并對(duì)金屬增材制造工藝的發(fā)展進(jìn)行了圖解和詳細(xì)的說(shuō)明，如線材增材制造工藝、粘結(jié)劑噴射工藝、粉末床熔接法和粉末直接能量沉積法。此外，這些技術(shù)根據(jù)所使用的原料分類，它們是液體基AM，固體基AM，線基AM，粉末基AM和直接能量沉積基AM。對(duì)于每一種AM技術(shù)，不同的工藝參數(shù)被比較在不同的材料應(yīng)用。此外，本文還簡(jiǎn)要介紹了各種AM技術(shù)在不同材料上的應(yīng)用和機(jī)械性能。在回顧各種MAM過(guò)程時(shí)，可以得出以下結(jié)論:
?與液態(tài)金屬3D打印工藝相比，固態(tài)成形工藝可以生產(chǎn)復(fù)雜的幾何零件。
展開(kāi) 華南理工楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在新一代SLM技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展
使用激光粉末床熔化和直接能量沉積為成分梯度合金制造提供了一種有吸引力的途徑，它們的分層送粉機(jī)制可以在多個(gè)空間維度引入化學(xué)成分的梯度。
END
無(wú)論聚焦細(xì)分領(lǐng)域，還是解決傳統(tǒng)SLM技術(shù)的制造通病，對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新正在成為趨勢(shì)，同時(shí)也成為產(chǎn)品脫穎而出的關(guān)鍵所在。實(shí)際上，這一點(diǎn)已經(jīng)成為很多傳統(tǒng)SLM設(shè)備商的共識(shí)。
除以上研究方向外，該團(tuán)隊(duì)還在開(kāi)發(fā)機(jī)器人激光/等離子增減材設(shè)備等項(xiàng)目；同時(shí)，3D打印技術(shù)參考還查詢到楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)多項(xiàng)關(guān)于粘結(jié)劑噴射3D打印的專利已經(jīng)在去年獲得授權(quán)。
注：本文內(nèi)容來(lái)自3D打印技術(shù)參考
。
幾種3D打印仿真軟件-Part 1
FLOW-3D
FLOW-3D 仿真軟件除了能夠模擬金屬直接3D打印工藝，如粉末床熔融和直接能量沉積，還能夠模擬粘結(jié)劑噴射3D打印工藝。
FLOW-3D 粉末擴(kuò)散模擬
在粉末床熔融工藝的仿真模擬中，F(xiàn)LOW-3D軟件考慮了粉末填料，功率擴(kuò)散，激光熔化粉末，熔池形成和凝固，并依次重復(fù)這些步驟進(jìn)行多層粉末床熔合工藝仿真模擬。多層模擬可以保存先前固化層的熱歷史，然后對(duì)擴(kuò)散到先前固化床上的一組新粉末顆粒進(jìn)行模擬。FLOW-3D可以評(píng)估固化床中的熱變形和殘余應(yīng)力，也可以將壓力和溫度數(shù)據(jù)輸出到其他FEA軟件中。
FLOW-3D 模擬熔池生成
FLOW-3D可以模擬粉末擴(kuò)散和填充，激光/顆粒相互作用，熔池動(dòng)力學(xué)，表面形態(tài)和隨后的微觀結(jié)構(gòu)演變。這些詳細(xì)分析有助于用戶了解工藝參數(shù)（如掃描速度，激光功率和分布以及粉末填充密度）在影響3D打印部件的構(gòu)建質(zhì)量方面的作用。
在粘結(jié)劑噴射3D打印仿真模擬中，F(xiàn)LOW-3D軟件能夠模擬樹(shù)脂滲透情況以及在粉末床中的橫向擴(kuò)散。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
展開(kāi) 幾種3D打印仿真軟件-Part 2
基于Abaqus求解器，達(dá)索提供可定制的仿真技術(shù)，包括多種3D打印工藝的仿真，如：粉末床熔融、直接能量沉積、材料沉積、材料噴射。
COMSOL
COMSOL 擁有多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，COMSOL Multiphysics 結(jié)合了最常見(jiàn)的附加產(chǎn)品，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊，非線性結(jié)構(gòu)材料模塊和傳熱模塊。COMSOL的部分用戶還選擇使用電磁學(xué)和化學(xué)分析模塊。
結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊可以通過(guò)一種稱為材料活化的技術(shù)處理無(wú)應(yīng)變狀態(tài)的材料沉積，該模塊通常與傳熱模塊一起使用，以便在材料沉積的同時(shí)進(jìn)行更高級(jí)的熱分析。該模塊主要用于金屬3D打印，但偶爾也用于塑料3D打印。該模塊擁有通用工具，可用于增材制造過(guò)程所需的刀具路徑模擬。
葉輪在底板上的位移圖，圖片來(lái)源：COMSOL
COMSOL 有部分客戶是增材制造設(shè)備廠商，他們使用COMSOL Multiphysics 仿真技術(shù)進(jìn)一步了解專有增材制造工藝背后的物理現(xiàn)象，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)其3D打印工藝，以及研究如何改變物理過(guò)程，以提高打印零件性能。
COMSOL Multiphysics 還為用戶提供了便利的仿真模型分享功能。由于許多公司將建模團(tuán)隊(duì)劃分成設(shè)計(jì)和仿真兩個(gè)業(yè)務(wù)組，各組內(nèi)的人員可以發(fā)揮其自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而這種做法會(huì)讓部件的設(shè)計(jì)和分析之間缺乏有效溝通。
COMSOL Multiphysics 的用戶英國(guó)考文垂制造技術(shù)中心的仿真工程師就將仿真模型封裝成簡(jiǎn)明易用的仿真 App，以此來(lái)消除兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之間的交流障礙。設(shè)計(jì)工程師無(wú)需接觸復(fù)雜的底層仿真模型，也能在操作界面中運(yùn)行測(cè)試。這大幅簡(jiǎn)化了對(duì)新零件性能的評(píng)估過(guò)程，設(shè)計(jì)工程師現(xiàn)在無(wú)需求助仿真專業(yè)人員，也能方便地對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
展開(kāi) 
技術(shù)貼：常見(jiàn)3D打印工藝與缺陷
△MJF流程
直接能量沉積（Direct Energy Deposition）
常用工藝：DED、WAAM
描述：這種方法通過(guò)擠壓金屬，無(wú)論是金屬粉末還是金屬線，然后立即受到高能量的撞擊。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過(guò)機(jī)械臂進(jìn)行位置操作。
缺陷：雖然這種方法通常高效且高度可擴(kuò)展，但DED的表面分辨率質(zhì)量相當(dāng)差。產(chǎn)品往往看起來(lái)很粗糙。
解決方案：一些制造商使用CNC銑削工具以在打印過(guò)程中或打印后打磨表面。
△DED金屬3D打印表面
片材層壓（Sheet Lamination）
常用工藝：CleanGreen、Solido
描述：這種過(guò)程需要將材料片一張一張地層壓在一起。隨著每張材料片疊加，切割器在特定層高度切掉物體邊緣的形狀。打印完成后，將切片區(qū)域拉開(kāi)以顯示最終部分。
缺陷：在某些幾何形狀中，廢料會(huì)被困在物體內(nèi)部并且無(wú)法去除。這限制了工藝可能制造的幾何形狀。
△3D打印片材層壓（紙）
工藝互補(bǔ)是當(dāng)下最好的方法
現(xiàn)在的市場(chǎng)上能看到不同工藝的多種3D打印機(jī)，這些機(jī)器具有不同的功能，使用不同的材料，擁有不同的定價(jià)。然而，這些打印機(jī)也有各自的局限。例如，小巧的3D打印機(jī)無(wú)法制造大零件；FFF設(shè)備無(wú)法打印光滑的表面；金屬3D打印機(jī)無(wú)法生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。
△多臺(tái)3D打印機(jī)
因此，如果想要盡可能多地豐富制造能力，最好的辦法是在預(yù)算充足的情況下利用多個(gè)機(jī)器，起到工藝互補(bǔ)作用。通過(guò)對(duì)工作類型、材料選擇、零件尺寸和質(zhì)量判斷，先購(gòu)買(mǎi)最適合的機(jī)器，然后根據(jù)需要增加更多設(shè)備。隨著機(jī)器的積累，還可以選擇或者替換更多的工具，做出更好的選擇。
參考閱讀：
1.
展開(kāi) 利用3D打印和人工智能改進(jìn)核反應(yīng)堆技術(shù)
然后，從原型中，開(kāi)發(fā)人員可以測(cè)量屬性和性能參數(shù)，并將其直接反饋到設(shè)計(jì)中。
更快、更便宜
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，ORNL 正在領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆 (TCR)，并得到美國(guó)能源部 (DoE) 計(jì)劃的支持，以探索在美國(guó)更快、更便宜的核能分配，以降低制造成本和交貨時(shí)間并改進(jìn)安全。作為該計(jì)劃的一部分，ORNL 正在使用直接能量沉積 (DED) 3D 打印等技術(shù)建造核反應(yīng)堆堆芯。2020 年，普渡大學(xué)在收到美國(guó)能源部 80萬(wàn)美元的資助后，成為 TCR 計(jì)劃的主要貢獻(xiàn)者。因此，普渡大學(xué)正在開(kāi)發(fā)一種人工智能 (AI) 模型，以確保反應(yīng)堆堆芯 3D 打印組件的核級(jí)質(zhì)量。
TCR 計(jì)劃還見(jiàn)證了 ORNL 開(kāi)發(fā)了自己的新型 3D 打印技術(shù)，專門(mén)用于生產(chǎn)核反應(yīng)堆部件。該工藝結(jié)合了粘結(jié)劑噴射和陶瓷生產(chǎn)工藝，以更有效地制造復(fù)雜形狀的組件。該方法還可以打印高溫合金和難熔金屬，這些合金和難熔金屬由于耐高溫和耐降解，對(duì)核反應(yīng)堆部件的安全運(yùn)行至關(guān)重要。
自啟動(dòng) TCR 計(jì)劃以來(lái)，ORNL 的 3D 打印核反應(yīng)堆組件已安裝在阿拉巴馬州田納西河谷管理局 (TVA) 的布朗斯費(fèi)里核電站。與核燃料供應(yīng)商法馬通合作開(kāi)發(fā)的四個(gè) 3D 打印燃料組件支架目前在工廠處于常規(guī)運(yùn)行條件下。
發(fā)揮結(jié)構(gòu)一體化優(yōu)勢(shì)
不僅僅是橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，西屋電氣充分發(fā)揮了3D打印實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了3D打印的核動(dòng)力燃料組件隔離柵。
反應(yīng)堆堆芯由大量細(xì)長(zhǎng)的燃料組件組成，每個(gè)燃料組件包括多個(gè)包含易裂變材料的燃料棒，其反應(yīng)以產(chǎn)生熱量。每個(gè)燃料組件的燃料棒由多個(gè)柵格保持成有組織的，間隔開(kāi)的陣列，這些柵格沿著燃料組件的長(zhǎng)度軸向間隔開(kāi)，并附接到燃料組件的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的控制桿導(dǎo)向套管。
展開(kāi) 金屬3D打印服務(wù)將按公斤賣(mài)，不銹鋼零件可低至300元/公斤
△批量生產(chǎn)金屬3D打印機(jī)件
文/蔡道生，武漢易制科技董事長(zhǎng)
金屬3D打印技術(shù)流派的發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比
金屬3D打印技術(shù)種類，過(guò)去主要有基于粉末床成形的金屬粉末選取熔化技術(shù)、基于焊接原理的直接能量沉積技術(shù)、基于粘結(jié)劑成形的間接金屬3D打印技術(shù)、材料直接噴射成形的納米金屬粉末噴射成形（NPJ）等技術(shù)種類：
基于粉末床成形（PBF）的技術(shù)主要有激光選取熔化（SLM）和電子束選區(qū)熔化（EBM），是目前主流的技術(shù)3D打印技術(shù)；
基于焊接原理的技術(shù)主要用在大型結(jié)構(gòu)件成形、修復(fù)和特殊性能要求的領(lǐng)域，還是把他們歸類于焊接領(lǐng)域更合適；
基于粘結(jié)劑成形的間接3D打印技術(shù)主要有粘合劑噴射成形（BJ）和熔融沉積（FDM）等，是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的；
而納米材料直接噴射成形（NPJ）技術(shù)由以色列XJet公司發(fā)明，前幾年非常火熱，可能是價(jià)格太貴的原因，目前商業(yè)化的程度好像很有限。
△幾種金屬3D打印技術(shù)的對(duì)比分析。全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)https://product.nanjixiong.com已收錄各類金屬機(jī)，歡迎查看
從以上對(duì)比可以簡(jiǎn)單總結(jié)：
SLM技術(shù)成形速度慢、價(jià)格高、去支撐后處理麻煩；而EBM雖然速度非?？?，但是精度又相對(duì)低一些；而NPJ技術(shù)無(wú)論是設(shè)備還是材料都更貴。所以這些技術(shù)的應(yīng)用很難去跟傳統(tǒng)制造競(jìng)爭(zhēng)，多在加工一些傳統(tǒng)制造做不了的復(fù)雜度高的零件。
基于FDM原理的金屬3D打印在材料和后期燒結(jié)方面幾乎跟金屬注射成型（MIM）完全相同，由于脫脂的限制，也就意味著只能加工小型零件。個(gè)人認(rèn)為這種技術(shù)應(yīng)該由MIM廠家作為一種補(bǔ)充工藝，在大批量加工之前進(jìn)行打樣或小批量加工使用，因?yàn)榻饘貴DM可以和MIM工藝共用燒結(jié)脫脂爐，MIM廠家不需要另外購(gòu)置。
展開(kāi) 金屬3D打印服務(wù)將按公斤賣(mài)，不銹鋼零件可低至300元/公斤
△批量生產(chǎn)金屬3D打印機(jī)件
文/蔡道生，武漢易制科技董事長(zhǎng)
金屬3D打印技術(shù)流派的發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比
金屬3D打印技術(shù)種類，過(guò)去主要有基于粉末床成形的金屬粉末選取熔化技術(shù)、基于焊接原理的直接能量沉積技術(shù)、基于粘結(jié)劑成形的間接金屬3D打印技術(shù)、材料直接噴射成形的納米金屬粉末噴射成形（NPJ）等技術(shù)種類：
基于粉末床成形（PBF）的技術(shù)主要有激光選取熔化（SLM）和電子束選區(qū)熔化（EBM），是目前主流的技術(shù)3D打印技術(shù)；
基于焊接原理的技術(shù)主要用在大型結(jié)構(gòu)件成形、修復(fù)和特殊性能要求的領(lǐng)域，還是把他們歸類于焊接領(lǐng)域更合適；
基于粘結(jié)劑成形的間接3D打印技術(shù)主要有粘合劑噴射成形（BJ）和熔融沉積（FDM）等，是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的；
而納米材料直接噴射成形（NPJ）技術(shù)由以色列XJet公司發(fā)明，前幾年非常火熱，可能是價(jià)格太貴的原因，目前商業(yè)化的程度好像很有限。
△幾種金屬3D打印技術(shù)的對(duì)比分析。全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)https://product.nanjixiong.com已收錄各類金屬機(jī)，歡迎查看
從以上對(duì)比可以簡(jiǎn)單總結(jié)：
SLM技術(shù)成形速度慢、價(jià)格高、去支撐后處理麻煩；而EBM雖然速度非?？?，但是精度又相對(duì)低一些；而NPJ技術(shù)無(wú)論是設(shè)備還是材料都更貴。所以這些技術(shù)的應(yīng)用很難去跟傳統(tǒng)制造競(jìng)爭(zhēng)，多在加工一些傳統(tǒng)制造做不了的復(fù)雜度高的零件。
基于FDM原理的金屬3D打印在材料和后期燒結(jié)方面幾乎跟金屬注射成型（MIM）完全相同，由于脫脂的限制，也就意味著只能加工小型零件。個(gè)人認(rèn)為這種技術(shù)應(yīng)該由MIM廠家作為一種補(bǔ)充工藝，在大批量加工之前進(jìn)行打樣或小批量加工使用，因?yàn)榻饘貴DM可以和MIM工藝共用燒結(jié)脫脂爐，MIM廠家不需要另外購(gòu)置。
展開(kāi) 