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CAE巨头ANSYS联合匹兹堡大学成立金属3D打印实验室

3D打印距离发展成熟仍有很长的路要走,尤其是对金属材料的打印来说。金属3D打印相对于光敏树脂发展较晚,加工过程材料的行为更加难以控制。因此,著名CAE公司ANSYS联合匹兹堡大学欲采用数值仿真方法来解决相关难题。

ANSYS与匹兹堡大学

目前,金属3D打印在可重复性与可预测性方面仍然面临巨大难题。打印过程的残余应力会导致零件翘曲,但是金属熔池(metal meltpool)的物理过程太过复杂,准确进行金属3D打印有限元预测难度很大。大部分情况下,工程师与设备操作人员需要反复尝试来确认设计与打印参数,得到一个零件的完美工艺参数通常工作人员需要多次加工。

金属3D打印翘曲

在美国制造与美国3D打印研究所的资助下,ANSYS公司与匹兹堡大学尝试合作来解决这些难题。他们已经开发出了相应的软件工具,在3D打印加工前对产品的变形行为进行仿真预测。

根据美国制造的项目任务,研究的最终目标要实现3D打印工艺设计优化的软件的商业化。它包括对微观结构生成的有限元分析,这些结构会提高零件的整体物理性能。通过基于物理的计算分析,考虑到所使用材料的相关变量以及零件设计等因素,在产品加工前模拟零部件的行为变为可能。

为完成美国制造资助的项目,匹兹堡大学在斯万森工程学院内建立了面积约为1200平方英尺的ANSYS增材制造实验室,配备了先进的能打印金属、合金及聚合物等材料的生产设备。

学生和老师可以在增材制造实验室开展相关研究,并提出解决前文所述3D打印存在问题的解决方案。因此,不仅可以利用该实验室发展3D打印设计,ANSYS公司可借此开发仿真软件,匹兹堡大学实力也可以进一步发展。

有意思的是,这并不是美国制造资助的唯一一个类似的软件解决方案。它也资助过GE全球研究所来开发激光粉末床内金属热变形的仿真软件。3DSIM公司是这个项目的合作伙伴,它拥有自己的预测金属3D打印物理场的CAE软件。

事实上,3DSIM的CEO Brent Stucker以前在路易斯维尔大学进行过一项研究,3DSIM软件就是基于他的研究开发出来的,他宣称3DSIM软件比ANSYS的计算速度快很多。这项研究开展于2014年,然而通过与匹兹堡大学的合作,ANSYS公司有可能提高软件的计算速度。

ANSYS软件的下一版本(v18.0)将会体现许多3D打印相关的最新内容,新版本软件预期在明年发布。然而,完全释放增材制造的潜力仍然有大量的工作要完成。

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