Simulate additive manufacturing processes

Мощная среда для моделирования и оптимизации процессов аддитивного производства деталей из металлов

Simufact Additive

Компьютерное моделирование процессов 3D-печати деталей из металлов
Использование Simufact Additive позволяет создавать детали с первой же попытки и даёт возможность просчитывать и минимизировать деформации и остаточные напряжения, выбирать оптимальное направление роста, оптимизировать поддерживающую структуру, уменьшать затраты материала и энергии, и в целом увеличивать эффективность производства за счёт замены натурных испытаний компьютерным моделированием.

Horizontal spacer

Технологии 3D-печати — это быстрорастущее и перспективное направление для промышленности. 3D-принтеры позволяют создавать детали, которые невозможно изготовить другими способами. К преимуществам аддитивных технологий можно также отнести возможность создания сложных сборок, без необходимости соединения множества частей друг с другом. Преимущества аддитивного производства достигаются за счет оперативности производства, возможности создания более легких деталей из меньшего количества материала, с меньшим количеством отходов и с меньшими затратами энергии, отсутствия необходимости использования дополнительного оборудования.

Несмотря на явные достоинства аддитивных технологий, существующие промышленные системы 3D-печати имеют и явные недостатки. В первую очередь — это коробление детали при печати, что приводит к искажению её формы и превышение допусков на размеры. Кроме этого, в процессе печати в детали могут возникать большие напряжения и деформации, что может приводить к возникновению трещин, отрыву поддержек и другим проблемам, вплоть до разрушения детали в процессе производства. К другим проблемам этой технологии можно отнести качество поверхности деталей, включая наличие дефектов и пор, а также низкую производительность процесса печати.

Тем не менее, эти недостатки могут быть нивелированы при использовании компьютерного моделирования, которое позволяет быстро и с небольшими затратами проводить виртуальную отработку технологических процессов. Комбинация расчётных и экспериментальных методов позволяет расшить область применения аддитивных технологий в промышленности. В первую очередь это быстрое создание опытных образцов и производство деталей малыми партиями, а также производство деталей сложной формы, которые невозможно произвести другими способами.

Для моделирования технологических процессов наиболее эффективно использовать специализированное программное обеспечение. Корпорация MSC Software предоставляет пакет Simufact Additive, предназначенный для моделирования аддитивных технологий методом расплавления материала в заранее сформированном слое (SLS, SLM, LBM, DMLS, EBM)

Simufact Additive позволяет производить проработку и оптимизацию технологического процесса печати на 3D-принтерах. Этот пакет даёт возможность вычислять деформации в детали, а также получать состояние детали после термической обработки, удаления опорной плиты и поддерживающей структуры. Таким образом, используя компьютерное моделирование, ещё до начала собственно процесса изготовления изделия, можно подобрать оптимальное направление печати и оптимизировать форму поддерживающей структуры. Кроме этого, можно минимизировать деформации и остаточные напряжения в детали и уменьшить или вообще избежать искажения её формы, что позволит печатать детали с требуемой точностью с первой же попытки.

Компьютерное моделирование промышленных аддитивных технологий хорошо интегрируется в общую линейку технологий MSC Software. Процесс проектирования может начинаться с топологической оптимизации в MSC Apex Generative Design. В результате можно получить оптимальную с точки зрения прочности форму детали. При этом, нет необходимости учитывать ограничения, накладываемые традиционными способами производства детали. Затем, в пакете Simufact Additive моделируется собственно процесс 3D-печати металлической детали. После этого можно промоделировать процесс термообработки, необходимой для снятия внутренних напряжений. Следующим этапом моделируется обрезка и удаление опорной плиты и затем удаление поддерживающей структуры. При необходимости, моделируется процесс горячего изостатическое прессования (ГИП). Результаты моделирования с любой стадии процесса могут быть переданы в другие пакеты корпорации MSC Software. Например, в пакете Marc можно производить анализ прочности с учётом остаточных деформаций в детали, а в MSC Fatigue можно спрогнозировать долговечность.

В результате расчёта можно в любой момент времени, на любом этапе, получить коробление, напряжения и деформации в любой точке и в любом сечении детали.

Эффективным способом применения Simufact Additive является моделирование компенсации искажений формы. На первом этапе моделируется процесс печати исходной модели. В результате получается деталь со значительными деформациями. Далее производится инвертирование этих деформаций. Таким образом, получается геометрическая модель детали, но не идеальной формы, а с упреждающей компенсацией искажений. Вторым этапом моделируется процесс печати этой измененной модели. В результате печати такой модели получается деталь практически идеальной формы.

Основные преимущества пакета Simufact Additive:

  • Новая концепция интуитивно понятного, легкого в освоении и использовании графического интерфейса позволяет начать анализ в течение нескольких минут;
  • Быстрое проведение расчетов на настольных компьютерах и даже ноутбуках;
  • Масштабируемое решение, позволяющее выбрать между быстрым расчётом для решения основных проблем и подробным исследованием для глубокого изучения задачи;
  • Быстрое создание воксельных сеток на любых деталях и поддерживающих структурах;
  • Охват всей производственной цепочки вплоть до конечного результата, включая 3D-печать, ТО, обрезку от опорной плиты, удаление поддержек и ГИП; и использовании графического интерфейса позволяет начать анализ в течение нескольких минут;
  • Современные и надёжные технологии, использующие в качестве решателя Marc — лидирующую систему компьютерного инженерного анализа нелинейных процессов;
  • Помощник позиционирования детали, позволяющий выбрать её наилучшее положение в пространстве камеры принтера по заданным критериям;
  • Партнёрство с компанией Materialize (Materialise Magics), расширяющее способы создания эффективных поддерживающий структур;
  • Автоматическая оптимизация поддерживающих структур;
  • Автоматизированный рабочий алгоритм упреждающей компенсации искажений итерационно меняет форму детали до удовлетворения критерия «приемлемое искажение».