e-Xstream Engineering幫助制造商權(quán)衡復(fù)合材料3D打印的生產(chǎn)成本

來源：MSC軟件

e-Xstream Engineering,隸屬于海克斯康智能制造部門, 于近日推出了全新的仿真和虛擬制造分析功能。與傳統(tǒng)工藝對比，新方法可以幫助用戶分析高分子基增材制造部件的生產(chǎn)成本，并通過使用制造部件的CT掃描驗證復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)來不斷改善虛擬工程工藝。

      

△使用Digimat增材制造進行生產(chǎn)成本分析

復(fù)合材料的增材制造在市場上越來越受歡迎，能夠創(chuàng)建出比金屬打印技術(shù)強度更好、質(zhì)量更輕的零件，并通過材料設(shè)計（例如，連續(xù)纖維增強聚合物）滿足預(yù)期的性能要求。最新的Digimat軟件使企業(yè)能夠模擬3D打印過程并計算生產(chǎn)每個零件的總成本，包括材料利用率、員工時間、所需能量和后處理步驟。

使用這款全新的工具，工程師可以全面掌握零件生產(chǎn)和精加工的過程，以確定最佳的工藝鏈。最重要的是，它還可以執(zhí)行批處理優(yōu)化，并行打印盡可能多的零件，從而提高生產(chǎn)能力并縮短交貨時間。此外，它也可以用于生產(chǎn)計劃中，考慮購買機器的總成本，并分攤到預(yù)計的產(chǎn)量上。最后，用戶可以通過折線圖和餅圖顯示結(jié)果輕松地查看與分析不同情況下的成本明細。

△分析SLS批量打印的后處理需求

預(yù)計到2030年，全球?qū)?fù)合材料3D打印的需求將增長到17億美元，但由于技術(shù)難題，迄今為止實際應(yīng)用仍受到限制。纖維取向會在零件的不同區(qū)域發(fā)生變化，因此會對力學(xué)性能產(chǎn)生重大影響。掌握此方面信息有助于工程師解決質(zhì)量問題，并大大提高性能預(yù)測的準(zhǔn)確性。如今，制造商還可以對零件進行CT掃描并導(dǎo)入3D RAW圖像，在Digimat中建立部件的兩相微結(jié)構(gòu)（例如，碳纖維增強聚合物）的有限元模型，并對其性質(zhì)進行建模。通過將已驗證的材料模型嵌入到CAE仿真工具中，設(shè)計工程師可以進行分析并考慮制造零件中出現(xiàn)的變化，以減少材料的使用或避免失效點。

當(dāng)引入新的材料系統(tǒng)時，將物理測量與虛擬測試聯(lián)系起來還可以提高集成計算材料工程（ICME）過程的準(zhǔn)確性。可以將零件性能與仿真過程進行對比，驗證材料模型。CT掃描驗證還能夠幫助材料研究員改進手動建立的微觀結(jié)構(gòu)模型，以提高未來仿真的準(zhǔn)確性。

改進新的制造工藝過程時，用戶可以使用材料生命周期管理，獲得相關(guān)零件、材料、3D打印機和工藝過程及物理測試的信息。e-Xstream Engineering的MaterialCenter平臺軟件可以獲取和追溯材料屬性數(shù)據(jù)庫，以便可以在產(chǎn)品的設(shè)計階段中使用。使用材料生命周期管理，可以輕松地在多學(xué)科團隊中記錄信息，并在整個團隊內(nèi)共享信息，從而收集有價值的信息，供授權(quán)用戶重復(fù)使用。

△VGSTUDIO的復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)CT掃描

預(yù)測CT掃描微觀結(jié)構(gòu)的材料特性是一個計算量較大的過程。例如，只使用CPU計算可能需要花費幾天的時間來分析復(fù)雜的特性（例如，蠕變）。通過優(yōu)化GPU來計算則可以在幾分鐘內(nèi)得到結(jié)果，這樣工程師就可以更快的執(zhí)行多個交互性質(zhì)的計算任務(wù)。在一個標(biāo)準(zhǔn)算例上，分析材料剛度所需的時間減少了98％。這種快速的求解，再加上命令行界面的引入，也使得Digimat可在高性能計算平臺上基于云端的自動優(yōu)化工作流中使用。

在用復(fù)合材料生產(chǎn)高性能結(jié)構(gòu)（例如，航空零件）時，漸進式失效分析（PFA）模型可以為結(jié)構(gòu)定義安全裕度，并可以最優(yōu)地利用成本高昂的材料和工藝。最新版本的Digimat可以以兩倍的速度分析這些復(fù)雜的Camanho模型，從而可以進行參數(shù)研究來定義缺陷公差并最大程度地提高產(chǎn)量。