预测应力和变形,优化工艺参数,安世亚太发布增材工艺仿真软件AMProSim-DED

DED直接能量沉积技术包括激光、等离子、电子束几种不同的热源,材料包括粉末或丝状两种主要的形态。金属材料在沉积过程中实时送入熔池,这类技术以激光近净成形制造(LENS)、金属直接沉积(DMD)技术为代表,由激光在沉积区域产生熔池并高速移动,材料以粉末或丝状直接送入高温熔池,熔化后逐层沉积,称之为激光直接沉积增材成形技术,该技术成形出毛坯,然后依靠CNC数控加工达到需要的精度。

我国增材制造企业中,中科煜宸,西安铂力特的激光近净成形制造技术是送粉LENS技术领域的代表。除此之外,在这类技术中,典型企业还有美国的OPTOMEC公司,法国BeAM公司,德国通快以及专为CNC机床公司提供增材制造包的HYBRID公司。

激光近净成形制造LENS技术虽然在我国存在了几十年,然而这项技术的一大挑战来自于对工艺的控制,由于市场上对这项工艺的控制主要来自于加工人员所掌握的经验,使得此类技术的可扩展性受限,从而制约了此技术的产业化前景。

根据3D科学谷的市场观察,近日,安世亚太与中科煜宸联合开发的面向金属增材制造定向能量沉积工艺的专业工艺仿真软件AMProSim-DED正式发布。使得我国在激光近净成形制造LENS技术的可扩展性方面实现了华丽升级。

block 提升成功率和质量

激光近净成形制造LENS技术的市场应用领域除了零件的修复,还包括大型结构件的制造,如飞机结构件一体化制造(翼身一体)、重大装备大型锻件制造(核电锻件)、难加工材料及零件的成形、高端零部件的修复(叶片、机匣的修复)等传统锻造技术无法做到的领域。当然,随着这一技术在工艺控制方面走向成熟,其应用的想象空间将更大。

根据航空制造网,激光近净成形制造LENS金属3D打印技术特点突出,即无需模具的自由近净成形,且全数字化、高柔性,打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松,具有较高的性能等。利用激光近净成形制造LENS技术制造航空用盘型零件材料利用率高达2/3,远远高于锻造和铸造,而设计修改时间、加工循环周期、返修率、费用均较低。采用该技术制造的Ti6Al4V、316L不锈钢、Inconel625合金拉伸性能均优于锻件。

高材料利用率、较短制造周期且能兼顾复杂的结构和很高的力学性能,又可实现多种材料任意复合,满足对构件各部位性能要求显著不同的场合,对急需解决的研制任务又能快速响应,由此可见激光近净成形制造LENS金属3D打印技术在航空制造领域的优点非常明显。

而随着航空工业的不断发展,追求高推比飞机的同时,更加注重飞机整体质量的稳定性。故在航空制造中,追求质量的稳定尤为重要。由于金属3D打印技术发展时间较短,产业链及商业化应用体系不健全,未形成适用于航空制造的质量控制规范,如金属3D打印的工艺规范、验收标准、检测标准等,无法确保质量的一致性及稳定性。

为了解决质量的一致性与稳定性,面向增材制造3D打印的工艺模拟软件近年得到了越来越多的应用,利用模拟仿真软件可以对打印过程进行有针对性的调整、优化,减少试错,降低成本,提升3D打印成功率和打印质量。

目前市场上的各种增材制造工艺仿真软件各有侧重点,但忽略了工艺路径对3 D打印成功的影响非常之大,而市场上不同行业的用户对包含工艺路径的增材制造工艺仿真的需求却越来越高;此外,考虑到热源作用下,熔池附近的材料经历反复的熔融凝固过程,该物理过程对制件温度场也有根本影响。

Pera_1来源:安世亚太

安世亚太与中科煜宸联合开发的面向金属增材制造定向能量沉积工艺的专业工艺仿真软件AMProSim-DED仿真模拟系统考虑温度相关的材料非线性属性,基于工艺文件的运动路径信息,模拟增材制造工艺的材料堆积过程,可以详细模拟零件分区、打印路径以及熔融冷却的相变过程对增材制造过程的影响,预测增材制造过程中的温度、应力和变形,优化工艺参数,从而保证3D打印质量和打印效率,避免低效的试错过程

安世亚太增材工艺仿真软件AMProSim-DED提供增材工艺、热处理工艺仿真的相关分析功能,包括可模拟增材制造工艺、热处理工艺过程,获得其温度、变形以及应力的分布;解读3D打印路径文件,提供路径规划软件数据接口,可以将打印程序的控制指令信息转换为仿真可以读取的路径数据表,直接考虑扫描路径进行增材工艺仿真;根据3D打印扫描路径的材料堆积过程,模拟在热源作用下材料的熔凝过程,来计算制件在增材制造过程中随时间变化的热传递行为;并且,考虑材料的非线性行为以及基板实际约束条件,通过热应力耦合分析来进行增材制造过程的变形以及应力分析。

安世亚太作为我国工业软件及先进设计与智能制造服务企业,提出了基于增材思维的先进设计和智能制造解决方案,聚焦于以增材思维为核心的先进设计与智能制造生态构建。作为中国仿真软件领域的先驱者,面向增材的工艺仿真软件开发,将有利于我国增材制造产品研发和制造的效率提升。

正如安世亚太科技股份有限公司张国明董事长在《基于增材思维的先进设计与智能制造》中谈到的,设计制造一体化是第四次工业革命的主题,增材制造是新一轮科技革命和产业革命的重要引擎和颠覆性技术体系。代表产品未来发展方向的高复杂度产品大规模定制生产,除了要求工艺融合的自适应制造模式,对于设计模式、设计手段也提出了与制造模式协同进化的要求。而安世亚太已经在升级正向设计的覆盖面,以大数据为基础,仿真为桥梁,安世亚太正在设计与工艺融合的自适应制造模式方向上努力践行。

将新的制造技术融入关键制造工艺是一项重大任务,因为无论工厂发生什么,客户都必须继续获得高质量的产品。没有一家制造企业能够做到停止目前的生产,而去探索未知世界的“滩头阵地”,随着定向能量沉积工艺的专业工艺仿真软件AMProSim-DED的正式发布,中科煜宸在向企业外部寻求颠覆性创新支持,实现多赢、优势互补的发展方面做出了有力的典范。

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