发动机制造商通过Simufact 增材制造工艺仿真解决打印变形问题

| 3DScienceValley · 2023/04/21

随着制造业水平的蓬勃发展，增材制造作为新兴制造工艺受到了普遍的关注与研究应用。增材制造技术的应用种类也越来越广泛，包括较为成熟的粉床熔融、送丝送粉，以及日益崛起的粘结剂喷射成型等。所以目前而言，无论是航空航天行业，亦或是汽车行业，以及医疗、电子行业等对增材制造技术的应用都达到了新的高度。

Simufact增材制造工艺仿真方案从实际应用角度出发，真实复现增材制造工艺过程，精准预测增材制造过程中、后应力及变形等结果，减少物理试错成本，助力客户一次打印成功。

Simufact 增材制造工艺仿真助力解决打印问题

借助于20多年对制造工艺的深耕，以及强大的非线性求解器Marc的支持，2016年底，Simufact在全球范围内率先发布增材制造解决方案——Simufact Additive，为增材制造的数值模拟打开先河。几年来，该公司研发团队致力开发工作，不断迭代软件版本及功能，至今Simufact增材制造工艺仿真解决方案已经具备非常全面的功能项：不仅可以模拟金属粉床熔融（PBF、SLM、DMLS等）以及送丝、送粉的增材制造工艺（DED），而且可以模拟金属粘结剂喷射成型（MBJ）的增材制造工艺。

针对于粉床熔融的增材制造工艺仿真，Simufact支持全工序链的仿真分析，包括：构建（打印）、线割、支撑移除、热处理、热等静压（HIP）等，通过模拟可以有效预测变形、开裂、塌陷、刮刀碰撞、收缩线等失效问题，支持多种类型的支撑结构导入与创建，支持支撑结构优化、支撑方向优化、考察基板变形、成本分析、反变形、自动变形补偿等功能，向导式操作模式下采用一键式网格划分，高效、简易的前处理界面与后处理界面融为一体，极大地提高用户仿真效率。

Simufact Additive中对铰链结构进行变形分析

采用热力耦合法分析支架

模拟送丝送粉的Simufact DED模块，可有效模拟金属能量沉积过程中与结束后的变形、残余应力、应变分布状态等结果，充分考虑热源熔池的能量输入，辅助用户研究冷点、热点问题，支持G-Code代码导入，可自动分层匹配，同时支持轨迹的直接选择与再次处理，达到快速建模、高效求解的效果。

Simufact DED仿真涡轮叶片变形情况

得益于批量、快速、省成本的优势，金属粘结剂喷射成形（MBJ）工艺的应用日趋广泛，Simufact Additive可有效模拟粘结剂喷射成形中的重要一环——烧结，复现（预测）材料的非线性收缩、下垂、塌陷等问题，充分考虑重力、晶粒、初始密度、温度变化、摩擦力、收缩时表面阻力等参量，通过变形补偿功能快速得到模型的预补偿结构，减少制造问题。

Simufact Additive中模拟模型收缩变形结果

威廉姆斯复杂部件增材制造仿真应用

Williams（威廉姆斯）作为国际上知名的小型涡喷和涡扇发动机制造厂商，早在多年前展开对增材制造技术的应用，而很多的发动机零部件为薄壁类结构，给增材制造带来了挑战。2016底，Simufact Additive发布第一个商用版增材制造解决方案，2017年初，威廉姆斯开始做软件调研找到Simufact Additive，通过对发动机零部件的模拟仿真精确度校验，成为Simufact的典型用户。

发动机实例

仿真案例模型为双层结构，其单层厚度为0.5mm，层与层之间的间隙为0.7mm，外层板上存在很多细小特征，如0.5mm直径的孔洞以及格栅纹等加强筋特征，最小特征长度微小至0.02mm至0.1mm，以至于其表面网格在相对精密的情况下达到了一到两千万的量级。

该公司借助于Simufact Additive，成功的将大型复杂增材部件的试制进行虚拟试错，在Simufact Additive仿真分析中，充分利用了软件的自动反变形补偿功能，对此类复杂结构的反变形补偿再次证明了Simufact Additive反变形自动补偿功能的强大。通过设置可接受的打印变形值0.125mm，通过软件的自动补偿迭代，最终实现了该产品的打印变形控制在了±0.125mm。最终成功输出反变形补偿结构进行实际打印。大大降低了手动设计绘制补偿的功能，而且软件具备输出STEP格式的能力，变形补偿的几何结构不仅可以输出STL等通用格式，还可以输出STEP格式，便于与其它CAD软件的兼容性和可编辑性。大大降低了设计人员、工艺人员的工作量。

通过Simufact additive对发动机零部件案例做变形仿真分析