3D打印模擬的案例
論焊接，3D打印模擬的熱源模型——焊縫、3D打印高度變換模擬
論焊接，3D打印模擬的熱源模型
—焊縫/3D打印高度變換模擬實(shí)例
----草地 2016.08.08
焊接、3D打印是難度相對較高的數(shù)值模擬過程，在模擬溫度場及應(yīng)力場過程中，至關(guān)重要的是如何進(jìn)行熱源函數(shù)的建立和加載，同時配以符合實(shí)際試驗(yàn)工況的邊界條件才能模擬出相對準(zhǔn)確的效果。
在眾多熱源模型中，雖然高斯面熱源作為眾多文獻(xiàn)引用的模型被廣泛使用，但對于厚板焊接，激光深孔效應(yīng)，多道多層復(fù)雜形狀焊縫，3D復(fù)雜形狀打印等，都是無法滿足要求的。所以，體熱源模型被越來越多的應(yīng)用和給予重視。
典型的函數(shù)體熱源是高斯旋轉(zhuǎn)體熱源（也可看做椎體熱源）和雙橢球熱源，也包括一些組合型熱源（比如高斯面熱源組合柱狀體熱源等）。這些體函數(shù)熱源在一些權(quán)威文獻(xiàn)中得到了驗(yàn)證，其模擬效果確實(shí)精于普通的高斯面熱源。但是，體函數(shù)熱源也有其限制，對熱源函數(shù)加載區(qū)的網(wǎng)格密度要求較高，若想描述一個體熱源函數(shù)，在X,Y,Z任意一個方向上都要有至少十幾個節(jié)點(diǎn)（甚至更多吧）來描述函數(shù)在該方向上的變化，然后施以變化的節(jié)點(diǎn)熱流密度。而且，在這一過程中，還要能夠精確的選取到想要的節(jié)點(diǎn)才行，也就是對節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)控制也要較為精確。因此，想施加體函數(shù)熱源對網(wǎng)格的基本要求是：1網(wǎng)格較密；2均勻的網(wǎng)格劃分來獲得較好選取的坐標(biāo)用以后續(xù)的坐標(biāo)變換控制熱源移動。
關(guān)于生死單元，目前應(yīng)用也特別多，尤其對于有焊縫熔敷金屬填充的焊接工藝，生死單元幾乎是必選方案，對于3D打印，生死單元也是必選的方法之一。這里明確一點(diǎn)：利用殺死和激活單元并不屬于熱源模型的一部分，只是利用單元的生死來模擬材料的填充過程而已。因此，生死單元法其實(shí)是可以配合任何一種熱源模型的。比如，如果條件允許是完全可以做到生死單元+雙橢球熱源這種模擬方法的。
展開 3D打印仿真模擬將歷史變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)--ESI Additive Manufacturing仿真軟件
Réplic'Air獲得了Expleo（前身為AssystemTechnologies）和PRISMADD的支持，以生產(chǎn)和提供獨(dú)特的3D打印金屬零件來裝備飛機(jī)--特別是發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)由五個不同的管道和儲存器組成。Expleo是一個工程團(tuán)隊(duì)，協(xié)助客戶進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而PRISMADD則致力于通過簡單或復(fù)雜的3D打印實(shí)現(xiàn)客戶的零件。
最初，技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)沒有采用仿真模擬，而是重新設(shè)計并制造了用于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的3D打印復(fù)制品。這導(dǎo)致了預(yù)期之外的層與層之間的變形、孔隙和間隙（特別是由于薄壁）---更不用說浪費(fèi)時間和材料了。每生產(chǎn)兩個有缺陷的原型，材料價格約為2萬歐元，并且延遲一個月交付。為了滿足飛機(jī)可完全運(yùn)行的最后期限，他們意識到仿真模擬將幫助他們會在盡可能短的時間內(nèi)確定其零件的最佳設(shè)計。因此，Expleo轉(zhuǎn)向可應(yīng)用于其3D打印需求的仿真模擬軟件---ESI Additive Manufacturing仿真軟件。
“我們與ESI團(tuán)隊(duì)的合作使我們能夠解決系統(tǒng)的制造問題。得益于ESI增材制造仿真解決方案，我們能夠在最短的時間內(nèi)做出正確的決定，推出一部分發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)。”
---------Wilfried DUFAUD聯(lián)合創(chuàng)始人Aura-Aero和Replic'Air成員創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)致力于增材制造應(yīng)用和科學(xué)主題的制作。
為了滿足完全運(yùn)行飛機(jī)的最后期限，工程師意識到仿真模擬將幫助他們在盡可能短的時間內(nèi)確定其零件的最佳設(shè)計。為此，Expleo3D打印模擬軟件----ESI Additive Manufacturing仿真模擬軟件。
展開 冷噴涂金屬3D打印火箭發(fā)動機(jī)！SPEE3D獲得150+萬美元資助
澳大利亞陸軍對升級版SPEE3D金屬3D打印機(jī)進(jìn)行第二輪實(shí)地測試
6. SPEE3D大幅面快速噴涂金屬3D打印機(jī)WarpSPEE3D登陸拉美市場
7. SPEE3D開發(fā)突破性金屬3D打印模擬器：SPEE3DCraft
南極熊15個3D打印微信小程序
1） 3D打印專業(yè)院校庫 ；
2）全球3D打印產(chǎn)品庫；
3）
全國3D打印人才招聘；
4）
上百款3D打印鞋匯總；
5）
生物醫(yī)療3D打印；
6）航空航天軍工能源3D打印；
7）汽車船舶交通3D打印；
8）3D打印技術(shù)前沿；
9）3D打印軟件算法；
10）3D打印行業(yè)數(shù)據(jù)報告；
11）3D打印公司投融資；
12）3D打印產(chǎn)業(yè)政策；
13）建筑3D打印；
14）3D打印展會、會議活動預(yù)告；
15）全球3D打印新品匯總
展開 利用全息3D打印技術(shù)，「Prellis」想讓“打印器官”在5年內(nèi)可用
BIOMODEX將3D打印器官用于模擬手術(shù)操作，從而降低手術(shù)風(fēng)險；西北大學(xué)將 3D 打印的卵巢移植到了老鼠體內(nèi)，成功產(chǎn)下小鼠，希望有一天可以用類似的技術(shù)幫助有生育困難的女性人類；今年 6 月，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究員首次用 3D 打印造出眼角膜，雖然移植應(yīng)用還需時間，但這項(xiàng)技術(shù)有望在將來治愈因角膜受損而失明的患者。
本文轉(zhuǎn)自36氪，原文鏈接：http://36kr.com/p/5140396.html
simufact.additive 3 金屬增材制造（3D打印）成形仿真軟件
Simufact 推出金屬增材制造（3D打印）成形仿真軟件第三個版本：
simufact.additive 3
考慮基板對增材制造3D打印成形工藝的影響
多個零件可以同時在一個工藝中(3D)打印模擬仿真
2017年11月9日，在德國漢堡，Simufact公司——MSC軟件公司，宣布發(fā)布金屬 增材制造（3D打印）成形仿真軟件第三個版本，Simufact.additive 3 。提供了熱-力耦合方法，允許用戶通過提供的組件的溫度的全局的分布觀察，可以更清楚地了解熱能的影響。用戶可以使用這些數(shù)據(jù)來確定變形和基板的影響。除了Windows求解器外，simufact.additive 3 提供了Linux求解器。因此，該軟件可以用于Linux 計算機(jī)上的仿真，例如在高性能的linux集群上求解。
分析整體構(gòu)建過程
Simufact Additive 3 著重于用新的熱力學(xué)模擬方法分析構(gòu)建過程中的分層計算。用戶現(xiàn)在可以收到有關(guān)組件中的熱行為的全局聲明，例如熱峰值負(fù)載，以便在在早期識別過熱區(qū)域。與固有應(yīng)變法相比，熱力學(xué)方法考慮了更多的物理參數(shù)和邊界條件，其中包括熱相關(guān)變量，如激光功率，激光速度和預(yù)設(shè)溫度。
通過使用熱力學(xué)計算方法，用戶不需要預(yù)先執(zhí)行校準(zhǔn)。通過實(shí)施熱力學(xué)計算方法，用戶可以在建模過程中考慮打印機(jī)在軟件中的基本參數(shù)。
基板的影響
在增材制造過程中，工件不僅會產(chǎn)生變形和應(yīng)力，基板同樣會影響打印過程以及后續(xù)工藝。在實(shí)際打印過程中，基板會產(chǎn)生變形和應(yīng)力，這會對支撐結(jié)構(gòu)和組件產(chǎn)生影響。在Simufact Additive 3中，工程師可以檢查那些基板對組件的影響。
基板的頻繁使用會導(dǎo)致額外的問題，因?yàn)樗且粋€易損件。每次生成后，一層材料被切除，這樣使其變的更薄。在接下來的打印項(xiàng)目中，用戶可以評估基板的變形，并確定何時需要更換基板。
展開 經(jīng)典模擬案例8-生死單元模擬3D打印（結(jié)果展示）
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發(fā)（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分等），裂紋擴(kuò)展（XFEM擴(kuò)展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復(fù)合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結(jié)模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規(guī)熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認(rèn)識比較深入，對于ABAQUS軟件數(shù)值模擬非常有經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)完成有2000+的模擬案例。
如若有技術(shù)支持需要，可聯(lián)系我QQ 284589695。
展開 SimSolid用戶案例——3D打印
SimSolid無需劃分網(wǎng)格，能夠很便捷的對3D打印件進(jìn)行模擬
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3D打印會在軍事領(lǐng)域占重要地位嗎？
另一家澳大利亞增材制造公司SPEE3D，與Titomic一樣，使用氣室以3馬赫（約3675千米/小時）的速度噴射金屬粉末，使金屬塑性變形為致密層。這種冷噴涂工藝被稱為“Supersonic 3D沉積”，以這種方式打印的所有部件都經(jīng)久耐用且價格實(shí)惠，每公斤成本在40到100美元（約259到648人民幣）之間。SPEE3D打印機(jī)主要使用銅、不銹鋼、鋁合金和鋁青銅，它們具有眾多軍事應(yīng)用所需的抗拉強(qiáng)度、成本效益和耐腐蝕性。
△WarpSPEE3D戰(zhàn)場測試將持續(xù)12個月，以評估在各種地形下運(yùn)輸、裝卸、緊急部署和停止以及暴露在沙塵暴等惡劣環(huán)境中的能力。圖片由SPEE3D提供。
2020年6月，澳大利亞陸軍與SPEE3D達(dá)成了150萬美元（約972萬人民幣）的合作伙伴關(guān)系，管理3D打印機(jī)WarpSPEE3D的一系列戰(zhàn)場測試。打印機(jī)的構(gòu)建速度為每分鐘100克，可打印重達(dá)40 公斤的物體。兩個月之后，澳陸軍又在敵對的北部地區(qū)（NT）重新部署金屬3D打印機(jī)。使用升級后的機(jī)器，士兵們能夠在高達(dá)37℃的悶熱溫度下3D打印終端使用部件。
△在試驗(yàn)過程中，澳大利亞陸軍第1作戰(zhàn)服務(wù)支援營的士兵小組操作了3D打印機(jī)，圖片來自SPEE3D
2021年4月，SPEE3D還將3D打印技術(shù)與游戲制作相結(jié)合，發(fā)布了端到端金屬制造模擬器SPEE3DCraft。游戲開發(fā)人員將SPEE3D高速金屬3D打印技術(shù)的過程整合到了虛擬應(yīng)用程序中。模擬器中還顯示了使用SPEE3D技術(shù)的真實(shí)位置，包括澳大利亞內(nèi)陸地區(qū)（模擬戰(zhàn)場測試環(huán)境）。
△SPEE3DCraft
其他軍事3D打印應(yīng)用
增材制造的應(yīng)用范圍目前早已超出了打印工具或機(jī)器零件等基本功能。
展開 粉末床激光3d打印模擬 增材制造slm模擬教學(xué) ￥100
粉末床激光3d打印模擬 增材制造slm模擬教學(xué)
3D打印人體器官，3D Systems以4億美元收購Volumetric Biotechnologies
2021年10月29日，南極熊獲悉，美國3D打印機(jī)制造商3D Systems以4億美元（約25.6億人民幣）的價格收購了Volumetric Biotechnologies公司。Volumetric Biotechnologies是一家生物3D打印技術(shù)開發(fā)商，他們能夠創(chuàng)造出定制的生物結(jié)構(gòu)。
通過本輪收購，3D Systems計劃利用Volumetric團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識，來擴(kuò)大他們與United Therapeutics合作開發(fā)的 "打印到灌注 "技術(shù)應(yīng)用。目前，他們不僅關(guān)注人類肺部支架的生物打印，而且計劃開發(fā)另外兩個器官，以及人類的血管化組織。
Volumetric Biotechnologies公司的Jordan Miller說："我們的工作是3D打印器官支架，然后進(jìn)行細(xì)胞化，創(chuàng)建完全兼容的人體器官，這與3D Systems公司和United Therapeutics公司正在進(jìn)行的工作完全吻合。通過合作，我們期望將研究工作從肺部擴(kuò)展到其他人體器官。”
打印到灌注技術(shù)的進(jìn)展
在過去的15個月里，3D Systems公司經(jīng)歷了一次急劇的重組，通過聚焦工業(yè)和醫(yī)療垂直領(lǐng)域，盈利能力恢復(fù)了增長。在這段時間里，3D Systems放棄了不符合核心業(yè)務(wù)的子公司，包括Simbionix、Cimatron、Battery Ventures和Quickparts 3D打印服務(wù)中心。
利用資產(chǎn)剝離獲得的現(xiàn)金，3D Systems重新投資于醫(yī)療保健和工業(yè)市場。3D Systems在2021年5月收購了Additive Works，這是一家模擬3D打印工作流程軟件的開發(fā)商。
展開 生死單元模擬3D打印（結(jié)果展示）
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本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認(rèn)識比較深入，對于ABAQUS軟件數(shù)值模擬非常有經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)完成有2000+的模擬案例。
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3D生物打印模擬血管組織
2018年8月28日，南極熊從外媒獲悉，布里格姆婦女醫(yī)院的研究人員開發(fā)了一種3D生物打印管狀結(jié)構(gòu)的方法，可以更好地模擬人體內(nèi)的天然血管和導(dǎo)管。 3D生物打印技術(shù)允許微調(diào)打印組織的特性，例如層數(shù)和運(yùn)輸營養(yǎng)素的能力。 這些更復(fù)雜的組織為受損組織提供了潛在可行的替代品。
“體內(nèi)的血管不均勻，”該研究的資深作者，BWH醫(yī)學(xué)系的生物工程師Yu Shrike Zhang博士說。 “這種生物打印方法可以生成復(fù)雜的管狀結(jié)構(gòu)，模仿人體系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)，比以前的技術(shù)具有更高的保真度。”
為了制作生物3D打印機(jī)的“墨水”，研究人員將人體細(xì)胞與水凝膠混合，水凝膠是一種由親水聚合物組成的柔性結(jié)構(gòu)。然后，他們優(yōu)化了水凝膠的化學(xué)性質(zhì)，使人體細(xì)胞在整個混合物中增殖。
接下來，他們用這種生物墨水填充3D生物打印機(jī)的墨盒。他們還開發(fā)了一種定制噴嘴，可以連續(xù)打印最多三層的管狀結(jié)構(gòu)。研究人員解釋說：“這些可灌注的管狀結(jié)構(gòu)可以在生物打印管的長度上以規(guī)則的間隔從單層連續(xù)調(diào)整到三層。”
許多疾病損害管狀組織：動脈炎，動脈粥樣硬化和血栓形成損傷血管，而尿路上皮組織可能遭受炎性病變和有害的先天性異常。
研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以打印出模仿血管組織和尿路上皮組織的組織。他們將人尿路上皮和膀胱平滑肌細(xì)胞與水凝膠混合，形成尿路上皮組織。為了打印血管組織，他們使用人內(nèi)皮細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞和水凝膠的混合物。
打印管具有不同的尺寸，厚度和性質(zhì)。 Zhang表示，生物打印組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對其作為天然組織替代品的可行性至關(guān)重要。那是因?yàn)樘烊唤M織很復(fù)雜。例如，血管由多層組成，而多層又由各種細(xì)胞類型組成。
該團(tuán)隊(duì)計劃繼續(xù)進(jìn)行臨床前研究，以在測試安全性和有效性之前優(yōu)化生物墨水成分和3D打印參數(shù)。
“我們目前正在進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)和生物材料，”Zhang說。
展開 Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
3D打印在三叉神經(jīng)痛穿刺治療中的應(yīng)用
應(yīng)用3D數(shù)字化醫(yī)學(xué)研究及3D打印導(dǎo)板模擬三叉神經(jīng)卵圓孔穿刺治療三叉神經(jīng)痛，能縮短年輕醫(yī)師成長曲線，有利于臨床教學(xué)，手術(shù)操作過程時間短，使病人在治療過程中獲益。
下面就一例病人數(shù)據(jù)模擬3D下三叉神經(jīng)痛卵圓孔穿刺
3D顱骨成型可以了解卵圓孔位置、大小、方向
利用3D軟件對患者術(shù)前顱底CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，打印3D頭顱顱骨模型，利用頭顱模具進(jìn)行教學(xué)查房，了解卵圓孔位置、大小、穿刺方向及難易程度，并通過模具與家屬溝通，通俗易懂。
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軟件能夠模擬樹脂滲透情況以及在粉末床中的橫向擴(kuò)散。
來源：3D科學(xué)谷
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