Использование 3D-печати в промышленности — это технологии будущего, которое на наших глазах становится настоящим. Если раньше мировой рынок аддитивных технологий был в основном сосредоточен на прототипировании и быстром создании оснастки, то теперь происходит внедрение технологий быстрого проектирования и создания точных деталей методом 3D-печати для их массового производства. Это быстро растущее и перспективное направление. Ключевые отрасли применения аддитивных технологий — выпуск товаров народного потребления, производство двигателей, медицина, автомобилестроение, а также аэрокосмос.
3D-принтеры позволяют создавать детали, которые невозможно изготовить другими способами. К плюсам аддитивных технологий следует также отнести возможность создания сложных сборок без необходимости соединять друг с другом множество частей. Преимущества аддитивного производства достигаются благодаря возможности создания более легких деталей из меньшего количества материала, с меньшим количеством отходов и меньшими затратами энергии. Кроме того, отсутствует необходимость в дополнительном оборудовании.
Несмотря на безусловные достоинства этой технологии, существующие промышленные системы 3D-печати имеют и явные недостатки. В первую очередь это коробление детали при печати, что становится причиной искажения ее формы и превышения допусков на размеры. Кроме того, в процессе печати в детали могут возникать большие напряжения и деформации, следствием которых становятся трещины, отрыв поддержек и другие проблемы вплоть до разрушения детали непосредственно в процессе производства. Есть вопросы к качеству поверхности деталей (в том числе по наличию дефектов и пор), невысока производительность процесса — печать может продолжаться десятки часов. Существуют проблемы, связанные с воспроизводимостью процесса, прочностью и долговечностью напечатанных деталей. Кроме того, надо принимать во внимание множество факторов, влияющих на результат, небольшой опыт практического использования, а также высокую стоимость порошков и самих промышленных 3D-принтеров.
Тем не менее, многие из этих недостатков могут быть нивелированы при использовании компьютерного моделирования, которое позволяет быстро и с малыми затратами проводить виртуальную отработку технологических процессов. Комбинация расчетных и экспериментальных методов позволяет расширить область применения аддитивных технологий в промышленности. В первую очередь это быстрое создание опытных образцов и производство деталей малыми партиями, а также производство деталей сложной формы, которые невозможно изготовить другими способами
Исследование различных вариантов технологического процесса только на реальном оборудовании имеет ряд недостатков. Это невозможность варьировать параметры принтера в широком диапазоне, большой расход времени и энергии. Как результат, оптимизация существующих производственных процессов и внедрение в производство новых видов продукции оказываются очень затратными.
Серьезно сократить объем необходимых вложений помогает компьютерное моделирование. Этот подход позволяет численно смоделировать нужный процесс и подобрать оптимальные параметры еще на этапе проектирования изделия.
Для моделирования технологических процессов наиболее эффективно специализированное программное обеспечение. Корпорация
В настоящее время в
Наиболее быстрым и эффективным является последний вариант. Моделируется послойное выращивание детали с использованием воксельной конечно-элементной (КЭ) сетки. Для расчета короблений, напряжений и деформаций используется метод собственных деформаций (Inherent strains). Его особенность заключена в том, что при создании каждого слоя КЭ в расчетной модели добавляются элементы с уже заложенными в них собственными деформациями. Метод является полуаналитическим и требует проведения калибровки, в ходе которой выполняется печать на 3D-принтере консольных балок, их частичная обрезка от опорной пластины, а затем измерение вертикальных перемещений на концах балок. Замеренные перемещения заносятся в
Использование в
Эффективным способом применения
В заключение хотелось бы отметить основные преимущества пакета
Компьютерное моделирование в
Пакет базируется на современных и надежных технологиях, используя в качестве решателя Marc — лидирующую систему компьютерного инженерного анализа нелинейных процессов.
Корпорация
Партнерство с компанией MRL (Material Resources Ltd.) предоставит возможность прогнозировать микроструктуру материалов.
Партнерство с компанией Materialize (Materialise Magics) расширит способы создания
эффективных поддерживающих структур.