仿真驱动增材制造先进设计,看2018 ANSYS 技术大会如何诠释增材制造中仿真的力量

增材制造技术提升了设计自由度,能够完成传统工艺所无法实现的功能集成零部件、材料性能的个性化控制,为产品的自由设计与创新设计提供了更大可能性,使产品设计从工艺约束的设计转变为基于性能的设计。

但目前的增材制造技术并非是无所不能的,以粉末床激光金属熔融工艺为例,针对这一技术的产品设计规则与传统金属零件的设计规则存在很大差异,在金属增材制造过程中,影响质量的变量众多, 面对如此复杂的增材制造工艺,无论设计师、工艺师有多么丰富的经验,也无法考虑到金属增材制造设计与过程中可能存在的所有问题,通过经验和试错来优化增材制造零件的设计,是十分昂贵的过程,而通过仿真驱动增材制造设计, 提升3D打印品质,是一种更加高效的方式。

在7月12日的 2018 ANSYS技术大会中ANSYS 以及来自制造业的仿真专家诠释了数字转型时代仿真的力量,增材制造仿真是本届大会的一项重要话题。

ANSYS Conference

 

block 无处不在的仿真

产品上市时间的缩短、研发周期的缩短,以及新产品发布速度的提升使制造业用户面临着持续增长的创新压力,当今产品的复杂性和多样性也在日益提高,这给产品研发带来了压力。

通过传统试错的方法,已经无法在今天的全球竞争中保持领先的地位,因为这种方式费力、费时并且昂贵,而通过计算机辅助工程(CAE)仿真的力量驱动设计、管理复杂性、预测潜在的问题,已成为产品设计、生产过程,甚至是产品运营过程中不可或缺的环节。

那么,如何在每个环节中进行仿真? 在产品创新中如何利用仿真工具?7月11日-13日在上海举行的2018 ANSYS 技术大会中,ANSYS 以及其合作伙伴的仿真专家对这些问题进行了解答。

在大会同期举办的11场分论坛和13场培训中,仿真专家与用户通过培训、技术讲座、实际案例演示、操作等方式,对新能源汽车和无人驾驶、芯片、数字孪生(Digital Twin)、机电系统、油气行业,以及增材制造行业等多个细分领域的仿真应用进行了探讨。

ANSYS 2018 Conference_Sun Zhi Wei_VP
ANSYS 大中华区总经理/ ANSYS 副总裁孙志伟致欢迎辞

孙志伟表示ANSYS 的使命是通过无处不在的仿真帮助客户设计和交付更具创新性的产品。

ANSYS 2018 Conference_CEO
ANSYS 总裁 / CEO Ajei Gopal

ANSYS 总裁 / CEO Ajei Gopal 在主题为“仿真驱动创新”的演讲中表示,市场调研表明,产品复杂性的提升,加快产品上市时间,对产品质量提升的要求是促进制造企业更多采用仿真技术的三大首要原因。仿真技术可以帮助产品创新部门推动创新,管理复杂性,缩短研发周期,降低成本,提升质量,消除风险,这进而也将促进仿真技术的广泛使用。

Ajei 展示了ANSYS 提供的集成化仿真平台,这些仿真工具实现了结构、振动、热、流体、电磁场、电路、系统、芯片等多域多物理场以及耦合仿真,能够满足各行业的仿真需求,帮助使用者提高设计效率和产品性能,降低成本。

此外,ANSYS 正在改进仿真平台产品,部署基于云的仿真技术解决方案,并积极投资新的仿真解决方案,包括增材制造仿真技术。

ANSYS 2018 Conference_AM Booth

在7月12日的主会场以及增材制造分论坛中,ANSYS 以及其合作伙伴安世亚太/安世中德对增材制造的仿真应用进行了全面展示。

ANSYS 2018 Conference_Bao Gangqiang安世中德的技术总经理包刚强

安世中德技术总经理包刚强在主会场做了题为“增材思维驱动的增材先进设计与工艺仿真一体化解决方案”的演讲,他在演讲中介绍了增材制造与数字化转型的关系,增材先进设计,和ANSYS 的增材工艺仿真方案。

包刚强表示,当前的产品设计是为常规制造工艺指定的,无法实现增材制造下的设计自由度,体现不出增材制造技术的优势,在应用增材技术时需要为增材制造零件寻找新的设计方法,而仿真是将增材技术实现产品功能、性能的最核心和关键的环节,ANSYS 多物理场求解功能为此奠定了应用基础平台。

包钢强指出,ANSYS增材制造仿真的应用价值体现在改善、减少和开发几个方面。改善,包括改善金属增材制造设计流程、对工艺过程的了解、机器生产效率、材料利用率、可重复性和质量;减少,包括减少打印失败,打印时间,不合格零件,后处理,试错,设备维护和对环境的影响;开发,包括开发新材料,新机器,新参数,个性化微观结构和期望的材料属性。

block 仿真驱动增材制造先进设计

在7月12日下午的增材制造分论坛中, ANSYS 全球增材制造应用工程部经理Christopher Robinson 与安世中德高级咨询专家寇晓东博士对ANSYS 增材先进设计和工艺仿真分析一体化解决方案做了进一步介绍。

Christopher 表示ANSYS 增材制造仿真技术的聚焦点是金属增材制造工艺,包括粉末床熔融和定向能量沉积两种。

oznorChristopher Robinson分享的热交换器仿真应用案例

Christopher 还分享了ANSYS 仿真软件的应用案例,如Additive Industries 公司在制造3D打印热交换器时对这一薄壁复杂零件进行了仿真,ANSYS 仿真技术为其进行了全面的热分析,ANSYS 仿真软件还生成了激光扫描路径,使用户在开始打印之前就识别出存在问题的区域。

ANSYS 2018 Conference_AM forum_Kou Xiao Dong安世中德有限元技术工程仿真高级咨询专家的寇晓东博士(中)与用户进行技术交流

对于仿真如何驱动增材先进设计技术,寇晓东博士增材制造分论坛中做了全面的诠释。寇晓东表示,一方面增材制造为设计带来的自由度,将仿真的应用提到了产品设计的前端,从设计最早期就发现并解决设计缺陷,增材制造为正向设计提供了工艺基础;另一方面仿真技术能够激发增材制造的潜能。

仿真驱动的增材先进设计包括结构拓扑,后拓扑设计与模型处理和设计评估。ANSYS 提供了一系列面向增材制造仿真工具,例如针对拓扑优化的三个挑战,提供相应的解决方案。

拓扑优化设计能够充分利用增材制造所提供的设计自由度,从全新的设计开始到不断迭代实现优化的设计,同时还可以修改零部件的基本形状和尺寸。但拓扑优化也面临着三个挑战,包括:拓扑优化转换到CAD模型,拓扑优化与仿真流程的结合,拓扑优化设计的制造。 ANSYS 对此提供的解决方案包括:ANSYS SpaceClaim, ANSYS Workbench。其中ANSYS Workbench 能够无缝实现以下流程:概念-优化-STL几何-仿真-3D打印。

ANSYS 面向增材工艺设计的仿真解决方案包括:面向产品设计人员的工艺仿真软件ANSYS Workbench Additive; 面向工艺工程师的ANSYS Additive Print; 面向金属增材制造专家、工程分析师、材料科学家、设备、粉末制造商的ANSYS Additive Science。

在接下来的论坛中,仿真专家对ANSYS 拓扑优化技术、增材点阵设计、以及三种增材工艺仿真解决方案进行了现场演示。

中航工业沈阳飞机研究所结构部副部长及资深结构设计专家吴斌,分享了拓扑优化在航空产品增材先进设计中的应用。金属增材制造企业鑫精合的副总工程师葛青,分享了鑫精合在探索金属增材制造过程中所积累的经验以及经历的“教训”,并从增材制造实践者的角度上解释了仿真分析技术为增材制造创造的降低试错成本、提升打印成功率等方面的价值。

PERA Global & TSC-ANSYS 2018 Conference

在分论坛的最后,ANSYS 合作伙伴安世亚太与鑫精合举行了合作签约仪式,双方将共同推动增材制造仿真的应用与发展。

ANSYS 对于增材制造仿真技术的远期愿景是通过一个“打印”按钮,在给定设计空间、工程要求和打印机参数的情况下,软件即能够基于物理场生成一种可以即时打印的设计。通过2018 ANSYS 技术大会,3D科学谷看到了增材制造仿真技术正在向这个远期目标的方向发展,通过增材制造设备企业、应用企业与仿真企业之间的合作,增材制造仿真技术正在得到不断的优化,一键实现“打印” ,以极小的代价成功生产金属3D打印零件,或许已不再是个遥不可及的目标。

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