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圖1 金屬增材制造技術(shù)原理 微觀尺度模擬本質(zhì)上，金屬增材制造是原料在移動(dòng)熱源的作用下，按預(yù)定的逐層逐道掃描順序，依次由固態(tài)（粉末、絲材）轉(zhuǎn)化為液態(tài)（熔池），再轉(zhuǎn)化為固態(tài)（零件）的過程。采用高保真的數(shù)值模擬方法對(duì)上述過程進(jìn)行微觀尺度仿真，是揭示金屬增材制造缺陷形成機(jī)理、優(yōu)化工藝參數(shù)的關(guān)鍵手段。

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)增材過程分析、熱處理、熱等靜壓、線割、支撐移除等工藝過程全流程仿真分析。

因此, 本文主要對(duì)增材制造過程量進(jìn)行分析, 揭示在實(shí)際加工過程中難以觀測(cè)到的微小差異變化, 對(duì)上述提到的參量進(jìn)行分析研究。1 增材制造仿真建模增材制造仿真過程的程序流程如圖1所示。在仿真過程中, 需要建立對(duì)應(yīng)的幾何模型, 網(wǎng)格模型, 材料模型, 熱源模型等。

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。

FLOW-3D 中國(guó)攜專為增材制造打造的 FLOW-3D AM 流體仿真軟件亮相。，與業(yè)界同仁深入交流前沿技術(shù)，共探增材制造行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展路徑。 展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，F(xiàn)LOW-3D 中國(guó)重點(diǎn)展出面向增材制造的工藝優(yōu)化仿真應(yīng)用案例，直觀呈現(xiàn) FLOW-3D AM 在分析和預(yù)測(cè)多種增材制造工藝的能力。

MSC Apex創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方案可幫助用戶能夠以極少的時(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和聚合物專用工具Digimat-AM，用戶無需自身專業(yè)知識(shí)即可應(yīng)用增材技術(shù)。通過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。

借工藝仿真的力量，DfAM增材制造一體化流程得以更加完整，從制造過程的物性變化到復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形風(fēng)險(xiǎn)控制，一件合格的產(chǎn)品，從設(shè)計(jì)到打印，乃至大批量增材制造零件的生產(chǎn), 仿真都不能缺席。作者：張圓，激光增材制造方向工學(xué)碩士，安世亞太DfAM賦能業(yè)務(wù)部增材工藝仿真工程師，擅長(zhǎng)金屬增材工藝仿真及航空航天類零件增材工藝研發(fā)。增材思維，數(shù)智未來

為實(shí)現(xiàn)增材制造的普及化及其愿景，需要對(duì)當(dāng)前的設(shè)計(jì)和仿真工具進(jìn)行大刀闊斧的升級(jí)。 介紹 增材制造(AM)雖然實(shí)際上已存在數(shù)十年之久，但一直主要服務(wù)于原型構(gòu)建和加工市場(chǎng)，直到最近打印機(jī)領(lǐng)域取得相應(yīng)發(fā)展才使增材制造開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用于主流零部件的生產(chǎn)市場(chǎng)。隨著面向金屬加工的可靠高性能打印機(jī)的出現(xiàn)，增材制造越來越多地被用于為汽車和航空航天等高度工程領(lǐng)域生產(chǎn)輕量級(jí)設(shè)計(jì)。

圖1 增材制造工藝鏈 圖 1 展示了排氣管部件的增材制造工藝鏈，采用激光束粉末床熔融技術(shù)進(jìn)行加工，其中在Simufact Additive中仿真模擬了由增材制造打印任務(wù)、熱處理、基板切割支撐移除、熱等靜壓這幾個(gè)關(guān)鍵階段。

因此，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和控制凝固組織演變對(duì)于增材制造的工業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。</p><p>有限元-元胞自動(dòng)機(jī)（CAFE）法是一種強(qiáng)大的跨尺度模擬方法，為研究增材制造凝固組織形成提供了有力工具。其采用有限元法或有限體積法建立起制造過程的宏觀熔池模型，模擬激光/電子束等熱源移動(dòng)產(chǎn)生的瞬態(tài)溫度場(chǎng)（包括熔池形狀、溫度梯度G、冷卻速率R）、熱應(yīng)力及潛在的熔池流動(dòng)。

02 增材制造工藝方案海克斯康增材制造工藝方案涵蓋了整個(gè)增材制造工藝流程，從前端結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)、創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化，實(shí)現(xiàn)增材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，到增材制造結(jié)構(gòu)定位、支撐創(chuàng)建、定位和排布、打印策略、打印過程仿真、層切片數(shù)據(jù)可視化、成本評(píng)估，實(shí)現(xiàn)增材過程的參數(shù)準(zhǔn)備，還涵蓋了增材制造工藝仿真優(yōu)化，預(yù)測(cè)打印過程的變形、開裂、收縮線、卡刮刀、應(yīng)力集中等，通過變形補(bǔ)償自動(dòng)優(yōu)化，幫助實(shí)現(xiàn)一次打印成功。

一、增材導(dǎo)入：增材制造的一般流程包括：1、面向增材的設(shè)計(jì)：包括CAD模型的創(chuàng)建、對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化、晶格和輕量化設(shè)計(jì)等；2、打印前優(yōu)化設(shè)置：包括STL格式模型的修復(fù)，支撐的創(chuàng)建、打印方向的確定與優(yōu)化；3、增材過程仿真：包括應(yīng)力、變形分析，變形補(bǔ)償；4、材料分析：材料特性的數(shù)據(jù)、晶體形態(tài)預(yù)測(cè)、熔池和空隙預(yù)測(cè)等；5、數(shù)據(jù)采集和管理：增材數(shù)據(jù)的掌握與追溯、合并與分享增材數(shù)據(jù)

但是，使用熱-機(jī)械耦合分析模擬大型焊接組件或多層AM零件非常耗時(shí)。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)。在焊接過程中受到高溫的組件部分稱為熱影響區(qū)。

、汽車、醫(yī)療、能源、機(jī)械、電子等各領(lǐng)域的增材制造仿真問題，針對(duì)客戶的需求能夠提供有效、合理的增材制造仿真解決方案，為客戶解決實(shí)際問題。

具有7年以上的增材制造仿真經(jīng)驗(yàn)，廣泛的了解國(guó)內(nèi)外客戶在增材制造領(lǐng)域中的仿真需求以及發(fā)展現(xiàn)狀，支持過國(guó)內(nèi)航空、航天、汽車、醫(yī)療、能源、機(jī)械、電子等各領(lǐng)域的增材制造仿真問題，針對(duì)客戶的需求能夠提供有效、合理的增材制造仿真解決方案，為客戶解決實(shí)際問題。

但是，使用熱-機(jī)械耦合分析模擬大型焊接組件或多層AM零件非常耗時(shí)。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)。在焊接過程中受到高溫的組件部分稱為熱影響區(qū)。

<p class="ql-align-center"><strong>引&nbsp;言</strong></p><p>增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是指零件從三維數(shù)字模型到實(shí)際打印前的一系列工藝設(shè)計(jì)。相較于機(jī)械加工這一減材制造技術(shù)，增材制造的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不僅需要確定零件在平臺(tái)的定位以及路徑規(guī)劃，還需要?jiǎng)?chuàng)建打印平臺(tái)、設(shè)計(jì)支撐、多件排版、切片填充，必要時(shí)，還會(huì)對(duì)成形過程進(jìn)行仿真。