金屬增材制造
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
金屬增材制造的視頻教程
#SIMULIA增材制造工藝的逼真仿真使公司能夠優化增材制造的零件設計和工藝參數
1、提高為增材制造設計的零件的尺寸精度 2、最大限度地減少打印時間和材料用量 3、消除不必要且昂貴的物理測試打印 4、在設計、仿真和制造之間實現無縫集成，以縮短產品開發時間
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航空航天行業增材制造的設計自由化、輕量化和供應鏈革命-西門子端到端增材制造
增材制造在航空航天的應用已經被很多公司所接受，比如西門子正在研究使用增材制造打印燃氣輪機葉片、GE使用增材制造來打印LEAP的燃油噴嘴、中國正在測試在太空進行3D打印以備以后空間站使用增材制造進行備件制造。相信在不久的將來，增材制造將用一種全新的方式來重新定義飛行器制造。
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金屬增材制造的實例教程
金屬增材制造是增材制造技術中發展最為迅速的分支，現已廣泛運用于航空航天、能源動力等領域，發展相關的數值模擬技術對深入理解其復雜物理過程與優化工藝參數具有重要的學術及工程意義。
與傳統減材制造（切削、磨削等）和等材制造（鑄造、鍛壓等）的材料加工方式不同，金屬增材制造依據三維計算機輔助設計（CAD）數據，通過光源或高能熱源等將離散材料（粉材、絲材等）逐層累積制造實體構件，是一種自下而上疊加材料成形的“自由制造”過程，有望成為實現航空發動機等高端工業裝備結構跨代提升的一條關鍵技術途徑。
金屬增材制造仿真概述
根據材料進給方式，金屬增材制造技術主要可分為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩大類，前者包括激光選區熔融技術和電子束選區熔融技術等，后者包括激光送粉增材制造技術、電子束送絲增材制造技術和電弧送絲增材制造技術等（見圖1）。然而，現階段金屬增材制造技術在構件成形精度和力學性能等方面仍存在不足,成為制約其廣泛工業化應用的瓶頸。主要原因在于金屬增材制造涉及到材料受熱熔化、熔池流動凝固、微觀組織形成和內應力/應變演化等，是一個十分復雜的多尺度多物理場耦合過程，冶金缺陷形成機理、微觀組織演化規律、零件翹曲變形與開裂預測、表面質量和成形尺寸精度控制等基礎問題尚未得到完全突破。單純依靠試驗測試技術開展增材制造過程中的微觀尺度觀測，存在著穩定性/可重復性差、分辨率/可觀測區域受限等不足，同時由于工藝所涉及參數量巨大，使得“試錯法”探究最優工藝參數窗口存在效率低、周期長和代價高昂等缺點。
近年來，數值模擬技術的發展為金屬增材制造復雜物理過程的深入理解和工藝條件優化提供了有力工具。
展開 * 本文原刊登于智能制造媒體咨詢研究機構e-works：《仿真技術賦能金屬增材制造》
將仿真應用到增材制造中，不僅能確保最終產品滿足性能標準，還可仿真整個增材制造過程，最大限度降低增材制造的失敗風險。
通俗來講，增材制造技術是采用材料堆積疊加的方法制造三維實體的技術，相對于傳統的材料去除－切削加工技術，是一種“自下而上”的新型材料成型方法。作為一種數字化三維實體快速自由成形的制造新技術，增材制造技術不僅提供了新的制造加工工藝方法，更實現了結構設計、高性能材料制備、復雜構件制造的一體化，并為宏觀上的結構設計和微觀上的材料制備帶來革命性的變化。
隨著增材制造技術不斷突破，尤其是金屬增材制造技術的應用和增材制造服務的興起，有效支撐企業制造復雜的金屬零件，徹底變革著制造模式。這其中，將仿真應用到增材制造中，不僅能確保最終產品滿足性能標準，還可仿真整個增材制造過程，最大限度降低增材制造的失敗風險。
Ansys增材制造總監Brent Stucker博士在接受e-works采訪時指出，金屬增材制造正在成為一種廣泛應用的制造工藝，同時改變著企業向市場投放產品的方式。而仿真技術與金屬增材制造技術的結合，有助于應對金屬增材制造的挑戰與風險，從而打印出功能更強大、更輕量化的產品和部件。
展開 然而拓撲結構往往比較復雜，傳統制造技術難以實現精準、快速制造。金屬增材制造技術可實現復雜零件的快速制造，極大地拓寬了設計空間。
增材制造技術前沿注意到，來自沈陽航空航天大學機電工程學院和中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所的研究人員發表了《面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展》一文，綜述了面向金屬增材制造技術的結構拓撲優化設計研究進展，從優化拓撲算法的角度，歸納了基于單元網格與邊界演化的拓撲優化方法在改善結構連續性與可制造性方面的有效措施；從金屬增材制造約束的角度，總結了考慮幾何約束、成形約束、材料性能約束的拓撲優化方法，并結合金屬增材制造與拓撲優化技術的發展趨勢進行了展望。
面向金屬增材制造的拓撲優化設計
隨著我國航空航天事業的持續發展，航空結構件需滿足輕質高效、長航時、高機動性等要求，因此，進一步降低結構質量系數是結構優化設計領域面臨的一項嚴峻挑戰。
傳統輕量化設計大多是基于經典結構的等效替換，例如通過新工藝、新材料等精益改善和挖掘結構潛能，現已趨近“天花板”。
拓撲優化技術作為結構優化設計的重要分支，通過定義材料屬性、載荷工況與約束條件，尋求給定設計域內材料的最優分布形式，是結構輕量化設計、獲得高性能創新構型的有效設計方法，現已被廣泛應用到航空航天、汽車制造等領域中。
展開 金屬增材制造技術原理與特點
增材制造技術是制造業的“革命性”飛躍，顛覆傳統制造技術的局限，解決產品研發存在的“制造決定設計”問題。金屬增材制造技術作為重要分支，已成為當前實施技術創新、提振本國制造水平的關鍵著力點
。如圖
5
所示，主流的金屬增材制造熱源形式有激光、電子束與電弧，依據預先鋪粉或同步送粉/送絲的不同材料進給方式，金屬增材制造包括粉末床熔融
技術和定向能量沉積
技術兩類
,
基于粉末床熔融技術主要有激光選區熔化技術
和電子束選區熔化
技術；基于定向能量沉積技術主要有激光金屬沉積
技術、電子束自由成形制造
技術、電弧增材制造
技術。
圖5 金屬增材制造技術。（a）激光選區熔化；（b）電子束選區熔化；
（c）激光金屬沉積；（d）電子束自由成形制造；（e）電弧增材制造
3.1 粉末床熔融增材制造技術
粉末床熔融技術通過對三維模型進行分層切片處理以提取每層輪廓信息，規劃熱源（激光、電子束）掃描路徑與打印方向，逐層熔化預先鋪放的金屬粉末，實現自下而上的材料逐層疊加的零件快速制造。成形件精度較高、表面質量較好，結構復雜性基本不受限。但成形效率較低，成形尺寸受限，故主要應用于小批量、中小尺寸、結構較為復雜的零件加工與模具制造。
3.1.1激光選區熔化技術
激光選區熔化（
Selective Laser Melting, SLM
）技術基于惰性氣體的工作環境（圖
5a
），使用激光高能束有選擇性的逐層熔化金屬粉末，實現復雜結構“凈成形”制造。
SLM
技術粉末粒徑較小，分層層厚較薄，可實現粉末完全熔化與快速凝固。
展開 敬請關注后續谷.專欄的SLM工藝仿真綜述（二）之《金屬增材制造仿真的解決方案與思路》
包剛強
德國Esocaet計算力學專業碩士，近20年CAE行業技術經驗和仿真咨詢經驗，完成日、德、中國數百項仿真咨詢項目和多款CAE軟件內核算法開發，現任安世中德咨詢有限公司技術總經理，專業從事基于CAE技術為驅動的工程仿真咨詢和增材先進設計與工藝仿真咨詢。
賀進
男，上海大學材料加工專業碩士。畢業后一直從事于金屬增材制造的設備開發、工藝開發和材料研究等工作，現為安世中德咨詢有限公司增材制造與先進設計應用工程師。
來源：3D科學谷
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在智能制造的浪潮中，金屬基增材制造（即金屬3D打印）技術因其能夠制造復雜、高性能零件而備受矚目。然而，該工藝的質量與穩定性，很大程度上取決于對打印過程中熔池及熱影響區溫度的精確控制。德國Optris公司推出的PI08M短波紅外熱像儀，正是為解決這一核心痛點而生，它通過提供實時、精確的溫度監測數據，為智能制造的閉環控制提供了關鍵支撐。
2026年3月17-19日，2026 TCT亞洲展在國家會展中心（上海）隆重舉行。本屆展會匯聚全球前沿技術與創新成果，覆蓋3d打印設備、材料、軟件、應用與服務全產業鏈。
FLOW-3D 中國攜專為增材制造打造的 FLOW-3D AM 流體仿真軟件亮相。，與業界同仁深入交流前沿技術，共探增材制造行業的創新應用與發展路徑。
用于金屬增材制造（3D打印）的工藝仿真，可以腳本化地分析打印過程中的應力和變形。
PyLumerical：Ansys Lumerical的Python接口。用于光子學、光電子器件和光芯片級仿真的工具。
PySpeos：Ansys Speos的Python接口。專注于光學設計和可視化仿真，常用于照明系統、顯示器等的光學性能分析。
金屬增材制造興起。電子元器件高度集成。
這些趨勢帶來共同的檢測挑戰：產品內部結構日益復雜，傳統切片檢測具有破壞性，二維X光檢測存在影像重疊，無法精確量化內部缺陷。
某航空零部件制造商曾面臨典型案例。鋁合金鑄件內部氣孔分布直接影響飛行安全。常規超聲波檢測無法定位三維坐標。金相分析需要破壞樣品。交期壓力下，如何在不損傷產品的前提下獲得內部完整數據？
引言：為什么2026年金屬價格比以往任何時候都更重要
進入2026年，全球制造業正在面對一個全新的現實：
金屬原材料價格不再只是短期波動，而是進入了結構性高位周期。
在以下行業快速增長的推動下：
新能源汽車（EV）
AI數據中心與云計算基礎設施
電網擴容與儲能系統
航空航天與國防
高端醫療器械
鋁、銅、鎳、不銹鋼、鈦等關鍵工業金屬需求持續增長，
2026華南國際工業博覽會
2026第29屆華南國際工業自動化暨機器視覺展
時間： 2026年6月10-12日
地點：深圳國際會展中心（寶安新館）
展示產品：工業自動化、機器視覺、機器人、激光、數控機床與金屬加工、測試測量、新一代信息技術與應用、工業互聯網、CMM電子制造自動化
漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司 漢諾威米蘭星之球展覽（深圳）有限公司 東浩蘭生會展（深圳）有限公司
作為金屬增材制造集成解決方案的全球供應商，該公司被認為是選區激光熔化技術的先驅。其創新技術被廣泛應用于各行各業，包括汽車、能源、工具制造和航空航天，其中整個渦輪機部件都可以通過3D打印實現。
使用3Dfindit企業版進行數據遷移
在引入新的PLM和CAD軟件時，Nikon SLM Solutions曾面臨著數據遷移的挑戰。
引言
隨著增材制造技術的不斷成熟，增材制造工藝在電子行業的滲透率不斷增加，其在電子行業的應用主要體現在消費電子、柔性電子、先進封裝等領域，通過高精度增材制造技術實現個性化、復雜結構的零部件的快速制造。
電子產品中的金屬結構件在3D打印過程中會遇到打印變形超差、開裂等問題，尤其在首次打印結構件時，沒有過往經驗可借鑒，只能通過不斷試錯來尋找解決方案。
對于前期工藝開發，借助增材仿真專業軟件
<p>關鍵詞：增材制造；有限元，元胞自動機，凝固組織，晶體塑性</p><p class="ql-align-justify">增材制造技術是一種先進的數字化制造技術，其采用熱源熔融離散材料（如粉末），并逐層逐道沉積成3維實體構建。這與傳統減材制造 (切削、磨削等) 和等材制造 (鑄造、鍛壓等) 加工材料方式的本質不同。增材制造過程伴隨著快速的熔化和凝固循環，材料經歷復雜的熱歷程。這導致熔池內部及相鄰層
