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面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化往往是基于單一材料的優(yōu)化，將多材料、拓?fù)鋬?yōu)化及金屬增材制造有效結(jié)合，研究功能梯度材料的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與金屬增材制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能一體化設(shè)計(jì)，是追求高性能、多功能、輕量化的又一突破點(diǎn)。 文章來(lái)源： 增材制造技術(shù)前沿

（4） 面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化往往是基于單一材料的優(yōu)化，將多材料、拓?fù)鋬?yōu)化及金屬增材制造有效結(jié)合，研究功能梯度材料的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與金屬增材制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能集成一體化設(shè)計(jì)，是追求高性能、多功能、輕量化的又一突破點(diǎn)。 原文： 劉博宇 , 王向明 , 楊光 , 邢本東 . 面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展 [J].

，闡述了增材制造金屬晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、性能及應(yīng)用，并根據(jù)目前增材制造金屬晶格結(jié)構(gòu)的研究成果，討論了其局限性和未來(lái)的發(fā)展方向。

與傳統(tǒng)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(jù)三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，通過(guò)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(shí)體構(gòu)件，是一種自下而上疊加材料成形的“自由制造”過(guò)程，有望成為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)跨代提升的一條關(guān)鍵技術(shù)途徑。

在2020年，珠寶和裝飾領(lǐng)域已經(jīng)結(jié)合了AM技術(shù)，PBF-LB，以經(jīng)濟(jì)的角度制造定制珠寶設(shè)計(jì)。此外，奧地利的TU GRAZ公司引入了一種新的MAM技術(shù)，稱(chēng)為基于led的金屬增材制造，幫助解決了兩個(gè)主要的問(wèn)題，即大批量金屬組件生產(chǎn)的時(shí)間消耗和組件的手動(dòng)返工。這些問(wèn)題通過(guò)采用LED光源的金屬粉末靶熔化技術(shù)得到解決。圖1清楚地說(shuō)明了上述MAM過(guò)程的歷史和演變。

海克斯康的金屬增材制造工藝仿真解決方案Simufact Additive更是在國(guó)內(nèi)外增材制造加工領(lǐng)域享有很高的知名度，作為為全球客戶(hù)服務(wù)的增材制造的仿真解決方案，Simufact Additive可對(duì)粉床熔融、粘結(jié)劑噴射、機(jī)加等增材制造工藝進(jìn)行仿真分析。

GE Aviation的增材制造部門(mén)負(fù)責(zé)人表示，這是他們第一次發(fā)現(xiàn)金屬3D打印比鑄造還要便宜。更為重要的是，這次3D打印的零件在前期已經(jīng)基于鑄造工藝設(shè)計(jì)定型，金屬3D打印取代鑄造后仍然體現(xiàn)了成本上的優(yōu)勢(shì)。這一發(fā)現(xiàn)極大振奮了GE Aviation，正著手尋找其他發(fā)動(dòng)機(jī)上更多的零件，并采用金屬3D打印來(lái)降低成本。

通過(guò)增材制造對(duì)冷板和換熱器設(shè)計(jì)進(jìn)行熱流體分析的新工作流程Part.01增材制造的創(chuàng)新及其實(shí)際應(yīng)用增材制造（AM）是一種通過(guò)分層材料創(chuàng)建三維零件的過(guò)程，通常由數(shù)字3D模型數(shù)據(jù)指導(dǎo)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，AM具有以下優(yōu)勢(shì)：? 設(shè)計(jì)自由? 高效的材料使用等隨著金屬AM的進(jìn)步，顯著的成本降低和精度的提高促進(jìn)了實(shí)際應(yīng)用。

增材制造的一大優(yōu)勢(shì)是可以制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，使很多我們之前所熟悉的產(chǎn)品變得跟原來(lái)的設(shè)計(jì)相比，零件更少，材料更少，具備相同甚至更好的力學(xué)性能，可以說(shuō)增材制造給設(shè)計(jì)師們賦予了更多的設(shè)計(jì)自由度。 但，由于增材制造與傳統(tǒng)機(jī)加方式的原理不同，為“堆積”材料的工藝。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮支撐結(jié)構(gòu)，熱歷史，打印時(shí)長(zhǎng)，成本，成型質(zhì)量等各種因素。

圖：海克斯康增材制造工藝方案示意03 金屬增材制造工藝打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備海克斯康旗下的CADS Additive GmbH與Simufact 增材制造工藝仿真、Apex Generative Design創(chuàng)成式設(shè)計(jì)等軟件形成完整的增材制造方案，幫助用戶(hù)解決增材制造過(guò)程中的各個(gè)階段面臨的問(wèn)題，其中CADS Additive的AM Studio提供了面向金屬增材制造工藝打印參數(shù)準(zhǔn)備方案，可實(shí)現(xiàn)輔助零件定向

MSC Apex創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方案可幫助用戶(hù)能夠以極少的時(shí)間投入對(duì)傳統(tǒng)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使其適配增材制造工藝。結(jié)合金屬增材制造仿真工具Simufact Additive和聚合物專(zhuān)用工具Digimat-AM，用戶(hù)無(wú)需自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)即可應(yīng)用增材技術(shù)。通過(guò)這些工具可生成適應(yīng)制造需求的最優(yōu)結(jié)構(gòu)并優(yōu)化生產(chǎn)流程，并且對(duì)生成結(jié)構(gòu)的制造仿真可優(yōu)化變形和殘余應(yīng)力等關(guān)鍵生產(chǎn)因素，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量零件制造。

增材制造工藝仿真方案Simufact Additive 增材制造仿真軟件主要功能包括鋪粉增材制造工藝仿真、鋪粉增材制造工藝缺陷分析仿真、金屬粘結(jié)劑噴射成型工藝仿真、機(jī)加仿真分析，算法上涵蓋了固有應(yīng)變、熱學(xué)分析、熱力耦合分析，包含制造過(guò)程和校核功能分析，針對(duì)鋪粉增材制造工藝，軟件可實(shí)現(xiàn)增材過(guò)程分析、熱處理、熱等靜壓、線(xiàn)割、支撐移除等工藝過(guò)程全流程仿真分析。

缺陷分析模塊功能介紹 - 金屬粘結(jié)劑噴射成型仿真模塊介紹 - 機(jī)加分析模塊功能介紹?? 金屬能量沉積(送絲/送粉)增材制造工藝仿真方案（Simufact Welding DED）介紹?? 典型案例分享：軸承座鏈?zhǔn)椒治鼋榻B徐蕾海克斯康工業(yè)軟件技術(shù)專(zhuān)家具有多年增材制造仿真經(jīng)驗(yàn)，廣泛了解國(guó)內(nèi)外客戶(hù)在增材制造領(lǐng)域中的仿真需求以及發(fā)展現(xiàn)狀，支持過(guò)國(guó)內(nèi)航空

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，增材制造已成為現(xiàn)代制造業(yè)中最具前景和潛力的領(lǐng)域之一。然而，由于其特殊的制造方式和材料選擇，增材制造的設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)于傳統(tǒng)制造更加復(fù)雜，需要考慮更多的因素。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Altair公司推出了一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)增材制造的設(shè)計(jì)軟件——Altair Inspire。 Altair Inspire是一款基于拓?fù)鋬?yōu)化和仿真分析的輕量化設(shè)計(jì)軟件。

研究背景金屬粘結(jié)劑噴射（Binder Jetting，BJ）是增材制造領(lǐng)域的革命性技術(shù)，能夠以低成本、高效率生產(chǎn)復(fù)雜金屬零件，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械和汽車(chē)制造等領(lǐng)域。其核心原理是通過(guò)噴頭將粘結(jié)劑液滴精準(zhǔn)噴射到金屬粉末床中，逐層粘接粉末并最終燒結(jié)成型。然而，這一過(guò)程中，粘結(jié)劑在粉末床中的滲透行為直接決定了零件的致密度、表面精度和力學(xué)性能。

Simufact Engineering一直為金屬成形、焊接、連接、熱處理和增材制造提供一流的解決方案。

變形超差是金屬粉床熔融工藝中的主要挑戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)的手動(dòng)補(bǔ)償、設(shè)計(jì)加工余量或多次物理試錯(cuò)等方法，越來(lái)越多的制造業(yè)從業(yè)者們認(rèn)識(shí)到Simufact Additive增材制造仿真軟件的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)仿真模擬減少物理試錯(cuò)，有效降低打印成本。事實(shí)上，自Simufact Additive軟件首個(gè)版本發(fā)布起，就已包含手動(dòng)反變形功能。

采用固有應(yīng)變法進(jìn)行焊接或增材制造模擬時(shí)，可以對(duì)焊接、增材制造等工藝變形、應(yīng)力進(jìn)行快速結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在該方法中，使用固有應(yīng)變作為結(jié)構(gòu)邊界條件，模擬了塑性應(yīng)變、熱應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和相變應(yīng)變的組合效應(yīng)。在焊接過(guò)程中受到高溫的組件部分稱(chēng)為熱影響區(qū)。