隨著技術(shù)進步不斷影響全球各行業(yè)，增材制造（AM）變得日益普及。預(yù)計到2030年，其全球市場規(guī)模將達到761.6億美元，在2022年至2030年期間預(yù)計將以20.8%的年復(fù)合增長率增長。1

環(huán)境問題增加了增材制造的吸引力，因為許多公司正在尋找能夠提高效率同時降低材料成本的方法。為了實現(xiàn)這一平衡，許多制造商正在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并采用新的技術(shù)和方法。仿真和增材制造可為這一轉(zhuǎn)變提供支持，幫助制造商在打印之前完成對3D部件的設(shè)計、測試和驗證，從而節(jié)省時間、材料和成本，同時有助于提高部件質(zhì)量。

美國企業(yè)3D Printing Corporation, K.K.在日本的分公司（3DPC）將仿真與增材制造相結(jié)合，通過提供戰(zhàn)略3D打印服務(wù)的一站式解決方案，幫助制造商開發(fā)替代供應(yīng)鏈。為了保障供應(yīng)鏈，并為制造商應(yīng)對意外中斷做好準備，3DPC為制造商提供增材制造部件和服務(wù)，以優(yōu)化其工作流程并幫助實現(xiàn)數(shù)字化。從玩具公司到空間站，3DPC與多個行業(yè)和市場開展合作。

通過Ansys初創(chuàng)公司計劃，3DPC能夠以較低成本獲取Ansys的多物理場仿真工具，使用Ansys的仿真技術(shù)來確保其3D打印部件和材料的準確性和耐用性。通過Ansys的高精準預(yù)測分析，3DPC可驗證工程動力學(xué)，包括結(jié)構(gòu)完整性、熱問題、流體流動和沖擊，同時降低材料成本、優(yōu)化其增材制造服務(wù)并擴大其客戶群。

3DPC的設(shè)計人員使用Ansys Fluent分析離心機翼周圍的流體流動

接受挑戰(zhàn)：仿真助力緩解增材制造難題

3DPC會用到各種材料，包括樹脂、金屬和復(fù)合材料。在增材制造中，預(yù)測變形對于成功構(gòu)建部件、降低成本并避免大量打印錯誤至關(guān)重要。3DPC使用Ansys的多物理場仿真工具，提前分析和預(yù)測熱變形并修改參數(shù)。

在構(gòu)建部件時，強度和重量同樣重要，因此需要找到兩者之間的平衡點。制造商努力尋求堅固的部件，而他們的客戶則要求部件實現(xiàn)輕量化。為了達到這一平衡，3DPC采用熔融沉積成型（FDM）方法，并結(jié)合Ansys Mechanical和應(yīng)用拓撲優(yōu)化。該團隊在考慮FDM方法的各向異性的同時對強度進行評估，并將其應(yīng)用于拓撲優(yōu)化模型。在采用這種方法的一個示例中，3DPC成功地將重量減輕了20%，而并沒有降低其強度。通過使用Ansys仿真技術(shù)，該團隊能夠修改設(shè)置和參數(shù)，例如邊界條件，直到達到理想的比率。

使用Ansys Fluent仿真離心泵周圍的流體流動

使用Ansys Fluent仿真離心泵葉輪周圍的流體流動

對于熱分析，3DPC集成了Ansys Fluent來評估熱交換效率，以及Ansys Additive Suite來預(yù)測采用粉末床熔融（PBF）方法的熱變形。此外，3DPC還使用Ansys LS-DYNA評估彈性體材料的抗沖擊吸能能力，使用Ansys Discovery分析網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

3DPC首席執(zhí)行官Alexander De Vore表示：“如果沒有Ansys初創(chuàng)公司計劃，我們就無法采取有效措施來探索Ansys提供的所有不同模塊解決方案。其中一些解決方案對我們流程的不同階段帶來了意想不到的好處。Ansys解決方案帶來的廣泛洞察，幫助我們發(fā)現(xiàn)了為現(xiàn)有業(yè)務(wù)帶來增值的新方法?！?/p>

除了減輕部件重量之外，3DPC還減少了材料用量，并提高部件性能。例如，Ansys的工具可幫助3DPC量化晶格?結(jié)構(gòu)等增材部件的?剛度。這種洞察不僅能改進部件，而且還有助于3DPC為客戶創(chuàng)建更強大的業(yè)務(wù)提案，并能夠利用仿真以虛擬形式說明部件特征。憑借這些優(yōu)勢，再加上Ansys的快速仿真周期，3DPC能夠縮短銷售時間，加快生產(chǎn)速度，并贏得新客戶，從而提高投資回報（ROI）。

借助仿真讓客戶滿意

3DPC主要提供四大服務(wù)：設(shè)計工程，包括多種AM技術(shù)，例如PBF和熔絲制造（FFF）；由3DPC日本工廠的設(shè)備制造；硬件集成咨詢；以及客戶可以通過電子方式下單和跟蹤訂單的數(shù)字平臺。

通常，3DPC的客戶包括這樣一些公司：迫切需要部件、想要利用AM幾何結(jié)構(gòu)的高性能組件，或正在考慮系統(tǒng)采用AM但不確定如何開始。

為了滿足客戶對更快部件生產(chǎn)的需求，仿真可幫助3DPC對模擬組件進行數(shù)字化，并在更短的時間內(nèi)根據(jù)客戶規(guī)范定制部件。在一個實例中，3DPC幫助一家全球規(guī)模的大型企業(yè)將交付周期縮短了大約20%。

De Vore指出：“通過使用我們多年來開發(fā)的一些軟件模型和設(shè)計啟發(fā)方法，我們能夠避免大量的試錯?！?/p>

對于希望使用AM幾何結(jié)構(gòu)提高部件性能的客戶而言，仿真可幫助3DPC克服一些常見的挑戰(zhàn)，例如重量、熱動力學(xué)和電磁屬性方面的工程動力學(xué)。大多數(shù)客戶已經(jīng)探索了傳統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)，并將尋求增材制造的新功能。3DPC通過提供從材料選擇到性能測試和材料開發(fā)的集成服務(wù)，來滿足這些需求。

隨著增材制造的吸引力和普及程度不斷提高，許多企業(yè)對該技術(shù)很感興趣，但對其加工并不熟悉。對于這些潛在客戶，3DPC可提供硬件咨詢服務(wù)，以評估特定需求并討論可能的解決方案。

借助Ansys仿真提供的關(guān)鍵洞察，3DPC可以檢測出可能的缺陷，例如金屬中的孔隙率，這種缺陷可能在加工過程中因空氣殘留而發(fā)生

面向未來的制造

通過在整個AM加工過程中集成Ansys的仿真技術(shù)，3DPC可以應(yīng)用重要的數(shù)據(jù)驅(qū)動洞察，該團隊認為這些洞察至關(guān)重要。

De Vore表示：“這種類型的數(shù)字建模非常重要，因為AM是一個連續(xù)的過程?！?/p>

展望未來，該初創(chuàng)公司將繼續(xù)利用Ansys的仿真技術(shù)強化其業(yè)務(wù)，并計劃通過進一步探索工具和考慮數(shù)字存儲解決方案來增加數(shù)據(jù)洞察。

De Vore指出：“當我們向新客戶展示模型結(jié)果時，其中一些最佳成果贏得了他們的信任。通過整合Ansys的成果來縮短我們的銷售時間，并贏得之前難以獲得的新客戶，為企業(yè)帶來了非常積極的投資回報?！?/p>

審核編輯：劉清