3D列印應用領(lǐng)域的應用軟件。作者：Digital Alloys

應用軟件與統(tǒng)計數(shù)據(jù)互相變異

在制造自然環(huán)境中為的是有效率實行3D列印，須要用作內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計、模擬、后處理、博爾茲納區(qū)、鍛造、檢查產(chǎn)品質(zhì)量管理工作的應用開發(fā)工具。

l 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計（CAD）

賈伯斯(Steve Jobs) 曾說過，21世紀末最合適的控制技術(shù)創(chuàng)新是將微生物化學與控制技術(shù)相交疊。輕工業(yè)鍛造應用領(lǐng)域許多零配件或機械設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計都從微生物化學中獲得的意念，比如潛艦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計從鱷魚體型或眼部內(nèi)部結(jié)構(gòu)中獲得的意念….這種的范例在輕工業(yè)應用領(lǐng)域除了許許多多。

所以，為何他們須要將微生物化學的基本概念導入鍛造中呢？大大自然締造的微生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)別出心裁而繁雜，現(xiàn)代人怎樣將那些大大自然的經(jīng)典作品“復制”到輕工業(yè)鍛造中呢？

日漸產(chǎn)業(yè)發(fā)展的智能內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計應用軟件與3D列印控制技術(shù)為他們提供了一條締造仿生內(nèi)部結(jié)構(gòu)的捷徑。市場上存在一類特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計應用軟件，稱為“創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計”以及“拓撲優(yōu)化”（GD / TO）應用軟件，可定義加載方案，設定邊界條件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計約束條件下優(yōu)化零件幾何形狀，以實現(xiàn)所需的性能。該應用軟件依靠計算機迭代與模擬來完善零件的幾何形狀，將CAD內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計規(guī)則與來自計算機輔助工程（CAE）工具的模擬相結(jié)合。

創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計可以幫助內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計師優(yōu)化零件強度重量比，可以模仿大自然內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方式，締造出最強大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時最大限度地減少材料的使用。

創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計是一個人機交互、自我控制技術(shù)創(chuàng)新的過程。根據(jù)輸入者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計意圖，通過”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計方案的幾何模型，然后進行綜合對比，篩選出內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計方案推送給內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計者進行最后的決策。

“創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計”以及“拓撲優(yōu)化”GD / TO應用軟件的領(lǐng)先提供商包括Altair、PTC的Frustum、Autodesk、西門子的Solid Edge ST10和Paramatters等。

l 模擬（CAE）

產(chǎn)品上市時間的縮短、研發(fā)周期的縮短，以及新產(chǎn)品發(fā)布速度的提升使鍛造業(yè)用戶面臨著持續(xù)增長的控制技術(shù)創(chuàng)新壓力，當今產(chǎn)品的繁雜性和多樣性也在日漸提高，這給產(chǎn)品研發(fā)帶來了壓力。

根據(jù)安世中德工程模擬高級咨詢專家的寇曉東博士，一方面增材鍛造為內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計帶來的自由度，將模擬的應用提到了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計的前端，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計最早期就發(fā)現(xiàn)并解決內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計缺陷，增材鍛造為正向內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計提供了工藝基礎(chǔ)；另一方面模擬控制技術(shù)能夠激發(fā)增材鍛造的潛能。

在3D列印的情況下，CAE不僅用作優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計，而且還用作預測鍛造過程、優(yōu)化鍛造過程和開發(fā)新材料。由于3D列印涉及的物理繁雜問題，CAE應用軟件可以幫助緩解產(chǎn)品質(zhì)量問題的許多潛在原因。根據(jù)安世中德的控制技術(shù)總經(jīng)理包剛強，增材鍛造模擬的應用價值體現(xiàn)在改善、減少和開發(fā)幾個方面。改善，包括改善金屬增材鍛造內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計流程、對工藝過程的了解、機器制造效率、材料利用率、可重復性和產(chǎn)品質(zhì)量；減少，包括減少列印失敗，列印時間，不合格零件，后處理，試錯，設備維護和對自然環(huán)境的負面影響；開發(fā)，包括開發(fā)新材料，新機器，新參數(shù)，個性化微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)和期望的材料屬性。

可以說模擬對于3D列印至關(guān)重要，滲透到從建模到前饋控制，再到過程控制、材料開發(fā)等3D列印工藝鏈的方方面面。

隨著3D列印-增材鍛造控制技術(shù)的不斷成熟和應用，通過CFD和FEM在鍛造前預測性能、優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計并驗證產(chǎn)品行為，零件經(jīng)過內(nèi)部結(jié)構(gòu)流體特性拓撲優(yōu)化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)拓撲輕量化以及尺寸優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計之后通過增材鍛造控制技術(shù)加工出來。CFD、FEM控制技術(shù)與3D列印-增材鍛造控制技術(shù)相得益彰，互相成就，共同推動零件實現(xiàn)性能升級。

除了用作改善整體列印產(chǎn)品質(zhì)量外，CAE工具在幫助優(yōu)化諸如列印速度以及能量和材料輸入等參數(shù)方面也起著重要作用，那些參數(shù)是3D列印經(jīng)濟學中的重要因素。CAD和CAE的結(jié)合變得越來越緊密無縫，建模與模擬的無縫結(jié)合正成為大勢所趨，在這方面，歐特克（Autodesk）2019年11月就宣布了與輕工業(yè)模擬應用軟件企業(yè)ANSYS 之間的下一步合作關(guān)系，雙方將建立起內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計應用軟件與模擬應用軟件的無縫互操作性，為鍛造用戶帶來革命性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計與工程敏捷性。這種合作可以實現(xiàn)增強創(chuàng)成式內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計等新的自動化流程，而自動化的流程將縮短產(chǎn)品上市時間，使多個工程團隊可以更為順暢的地一起工作。

l  鍛造處理（CAM）

確定零件構(gòu)建方向：在零件中確定零件方向的最佳方法取決于多種因素，例如精度和表面光潔度要求、工藝、支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。CAM可以建議最佳構(gòu)建方向，但通常也須要用戶輸入。

支撐策略：支持零件有許多不同的方法，最佳的支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)取決于其幾何形狀，過程，材料和其他變量。在大多數(shù)CAM應用軟件中，此步驟在很大程度上是自動化的。

加工余量：為的是達到所須要的高表面光潔度和精度要求，通常須要預留一定的加工余量。那些余量通過機加工等后加工過程被去除。

零件布局：某些3D列印過程可以一次列印許多零件，分布在整個基板上，也可以堆疊在z軸上。CAM應用軟件有助于嵌套零件，從而使每次構(gòu)建的零件數(shù)量最大化。

加工策略：完成上述所有步驟并選擇了列印參數(shù)后，CAM應用軟件將生成G代碼，該代碼將發(fā)送至列印機以執(zhí)行列印過程。

l 工作流程（MES / ERP / PLM）

鍛造工作流程應用軟件已在常規(guī)供應鏈中使用了數(shù)十年。該應用軟件的類別包括鍛造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），企業(yè)資源計劃（ERP）和產(chǎn)品生命周期管理工作（PLM）。

走進任何，您將發(fā)現(xiàn)同樣的挑戰(zhàn)：許多企業(yè)還在使用Excel表格管理工作整個鍛造過程，那些包含關(guān)鍵統(tǒng)計數(shù)據(jù)的Excel電子表格被存儲在各個團隊成員系統(tǒng)的本地硬盤上。唯一集成到業(yè)務的其余部分是公司服務器上的文件共享。雖然許多企業(yè)正在使用企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)，為公司的每個部門提供可視性，但ERP卻是“跳過”車間加工環(huán)節(jié)的。

雖然3D列印工藝有著其特定的需求和具體的挑戰(zhàn)，但是如果用戶真的愿意接受3D列印作為一種鍛造控制技術(shù)，它就不能作為一個孤立的孤島來運作。

正如3D科學谷在《一張圖看懂國際3D列印產(chǎn)業(yè)鏈》中所提到的，在過去幾年中，隨著3D列印控制技術(shù)走向輕工業(yè)制造，除了內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計應用軟件和模擬應用軟件之外，與3D列印相關(guān)的應用軟件中出現(xiàn)了兩個關(guān)鍵的新類別：工作流程和安全應用軟件。工作流程應用軟件對增材鍛造工藝來說同樣重要。鍛造企業(yè)在將增材鍛造控制技術(shù)納入制造的過程中，對工作流程應用軟件的需求將不斷增加，這類應用軟件可以管理工作增材鍛造過程中所涉及的制造步驟。工作流應用軟件的前景在過去五年中不斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)在許多應用軟件供應商都提供了管理工作增材鍛造工作流的解決方案。

(責任編輯：admin)