· 主题 · · 赞助内容


增材制造超越了原型设计

新的模拟和材料的进步使3D打印成为最终用途零件生产的可行性。

新的模拟和材料的进步使3D打印成为最终用途零件生产的可行性。

宝马的增材制造园区将专注于生产和原型零件。图片由宝马提供。


今年早些时候,西屋电气公司报告说,它已经在Exelon Byron 1号核电站中安装了3D打印的顶针堵漏装置,据报道这是能源行业的首例安装。

“增材制造是核工业激动人心的新解决方案,”Exelon Generation的Ken Petersen说'核燃料副总裁。“简化方法有助于满足行业需求'对各种小批量,高度关键的工厂组件的需求。我们很高兴能与Westinghouse成为这一行业里程碑上的合作伙伴,并帮助进一步证明这项技术的可行性。”

西屋公司已在核电站中安装了3D打印部件。 图片由西屋公司提供。

由于这是一个新应用,Westinghouse创建了316L不锈钢合金和Inconel合金A718标本进行测试。据该公司称,这些合金非常适合核应用。

虽然这只是增材制造零件的最新示例,但肯定不是唯一的例子。在五月, 通用原子航空系统(GA-ASI) completed the first test flight of a 3D-printed part inside 上e of its remotely piloted aircraft. This is significant, as producing aeronautical-grade AM parts remains a major challenge in the industry. The company teamed 与 GE Additive AddWorks 上 metal laser powder bed fusion (LPBF) development. Eight months later, they tested a metal printed NACA inlet made of Titanium 上 the SkyGuardian RPA.

The printed part is lighter and less expensive compared to the three-component part it replaces (which required tooling and welding, in addition to inspection). 通用航空 has also partnered 与 Australia'Conflux Technology开发增材制造的热交换器。

通用航空’的SkyGuardian RPA飞向天空。 Image courtesy of 通用航空, GEADPR036.

Current events have also pushed additive manufacturing to the fore, as companies struggled to adjust production in a world where borders were closed, employees labored at home instead of the office, and many factories and warehouses were either shuttered or forced to operate 与 a skeleton crew.

尤其是在缺少个人防护装备(如面罩)和重要通风设备的医疗保健领域,配备了手持设备的3D打印公司和其他制造商很快发现自己会生产医疗设备以满足当地需求。突出了增材制造’作为提供供应链响应能力和灵活性的重要工具的价值。

软件提高了可靠性

尽管如此,生产零件的增材制造在某些行业之外并不普遍。传统上,该技术已用于原型制作,但是这种情况已经开始改变。

A 2017 study 从 Jabil found that while 81% of manufacturing companies said they were using 3D printing, just 29% were using it for production parts. But 93% of respondents expected to increase their use of 3D printing for production parts 与in the next 5 years.

可用材料的扩展将有助于推动这一发展,成本下降,速度提高以及零件的​​可靠性和准确性也将得到促进。 3D打印机一直在努力保持一致性—许多像GE这样的早期采用者发现,在生产相同零件的同一型号打印机上,甚至在一台机器随时间产生的打印件之间,零件质量也可能有很大差异。质量可能受温度,机器运行时间的影响 and operator habits. 

“据估计,公司需要五次或更多次尝试从其增材制造设计模型中3D打印合格零件的过程,”西门子数字工业软件公司增材制造软件计划副总裁亚伦·弗兰克尔(Aaron Frankel)说。“这种高故障率不仅损害了添加剂的经济可行性,而且也阻碍了将该技术应用于大批量生产的努力。 3D金属打印尤其如此。 ” 

通过校准机器以适应打印机和材料受时间和温度的影响,解决了许多质量问题。改进的仿真技术;以及可以在生产运行期间调整机器性能的现场监控解决方案。

但是,校准只能进行到此为止。近年来,尽管附加硬件的性能有了显着提高,但过去软件性能和文件格式仍然明显滞留。继续使用过时的软件和STL文件格式意味着,如上所述,每次对零件进行鉴定的尝试都可能需要数小时甚至数天的时间来进行构建准备和切片。如果您必须多次执行此操作,则可以添加 up to days 甚至数周的文件处理时间,'甚至不包括3D打印时间。考虑到这一点, 炸药 with support from NVIDIA已开发出一种新的几何内核,该内核可利用GPU的计算能力,并能够使用数学上纯的CAD数据 而不是像STL这样减少翻译数据。这意味着在Dyndrite内核上开发的新软件可以大大减少冗长的处理时间–诸如切片之类的当前可能需要数小时的过程被减少到几秒钟。  

达到生产级增材制造要求 software automation. 通过将Python API添加到Dyndrite中,工程师和技术人员可以轻松地自动化构建准备过程中复杂而繁琐的部分。示例包括零件的嵌套,自定义标签等– which can now be completed at the touch of a button 与in a few seconds. 炸药 is already seeing key early success, and recently announced a partnership 与 HP.  

增材制造(DfAM)功能的设计和生成设计工具正在大量CAD和仿真工具集中使用。“零件失效的主要原因是该设计从未针对3D打印进行过优化,”Materialise设计工程经理Dries Vandecruys说。“为具有悬垂且壁厚不逐渐增大的传统制造而设计的零件极大地增加了失败的可能性。因此,首先,在您使用金属3D打印时要考虑其特殊性’重新设计零件。”

ABI研究’生成设计评估 去年包括了9家主要供应商的排名,其中包括ANSYS,Altair,Autodesk,Dassault Systèmes,GRM咨询,ParaMatters,PTC,nTopology and Siemens. Many of these companies are also working 与 3D printer manufacturers, which have developed their own 软件 solutions to help bridge the gap between 计算机辅助设计 and AM.

In 2018, PTC acquired Frustrum, providing generative design capabilities targeted at additive manufacturing for the Creo platform. MSC Software (part of Hexagon) is taking advantage of AM-based design optimization capable 从 the AMendate acquisition. Autodesk has its own homegrown tools in the Fusion 360 生成设计 offering.

n拓扑利用AI来创建符合增材制造标准的模型。 图片由nTopology提供。

n拓扑,借助其nTop Platform软件,正尝试使用人工智能路线和生成设计来加速设计迭代,以使创建模型的方式自动化以符合增材制造标准。 nTop Platform使用方程式直接表示3D实体,这是产品开发的隐式建模方法。每个方程表示从空间中任何点到形状的距离。默认情况下,光线追踪始终处于启用状态,从而可以在编辑时真实地查看产品。它旨在增强现有的CAD,CAE和其他解决方案。

最新版本 VERICUT V.9.1 includes verification and optimization tools for simulating additive as well as CNC machining and hybrid operations. The 软件’s的“默认默认加工类型”功能使VERICUT可以预测用于以增材方式构建设计零件所需的系统资源,包括起始库存构建板或模型。

Distortion compensation is another key issue, which some 软件 companies are also addressing. 

Simulation 软件 maker Ansys offers the ANSYS Additive Suite, which specifically targets metal AM. Capabilities include thermal simulation, topology optimization, AM process simulation 以及几何图形的编辑和修改。

“失真补偿是客户使用我们的ANSYS Additive Suite的主要原因之一,”Ansys的AM主管Brent Stucker说。“该方法始终是特定于机器和材料的。您正在做的事情是弄清楚几何形状在生产过程中将如何变化,然后使用算法修改几何形状以解决该变化。” 

作为其失真校准的一部分,Ansys’ 软件 incorporates machine behaviors provided by 3D printing system makers, and material characteristics 从 material suppliers. Accurate distortion prediction is facilitated by the simulation 软件’s ability to digitally recreate the thermochemical changes that occur in the print process, based 上 the data 从 hardware and material makers. 

一种新方法

像通用电气这样的公司很早就了解到,在其自身的运营中推进资产负债管理将需要一种不同的方法。该公司现在拥​​有自己的3D打印子公司,以及强大的研发部门,这不仅有助于在自己的制造部门中扩大金属印刷的用途,而且还为其他公司提供了解决方案。 GE也是首批提供真正的航空零件的公司之一—GE9X发动机用镍合金印刷的燃油喷嘴。 

宝马也采用了这种方法,开放了自己的方法 增材制造园区 in Munich in July, which will produce both prototype and series parts, as well as 支持 research activities.

“我们的目标是将越来越多的3D打印方法工业化以用于汽车生产,并在流程链中实施新的自动化概念,” adds Daniel Schä费尔,宝马集团生产整合和试点工厂高级副总裁。 “这将使我们能够简化用于批量生产的组件制造并加快开发速度。同时,我们正在与车辆开发,零部件生产,采购和供应商网络以及公司的其他各个领域进行合作,以系统地集成该技术并有效地利用它。”

去年,宝马通过增材制造生产了约30万个零件。这些零件包括很多塑料零件,还包括金属功能零件(例如劳斯莱斯幻影上的某些零件)。增材制造园区目前雇用多达80名员工,并运营着约50种与金属和塑料一起使用的工业系统。另外50个系统正在全球的生产现场运行。

Honeywell Aerospace recently announced a partnership 与 VELO3D to qualify VELO3D’S蓝宝石系统可在霍尼韦尔生产飞机部件’凤凰城的设施。这些公司将重点放在用于高温应用的INCONEL镍基合金上。 

“我们符合VELO3D的资格’s Sapphire system 与 the aim of printing geometries that can’不能在现有的3D金属打印机上制造。他们的技术将帮助霍尼韦尔开发新的生产零件应用程序,同时还能满足我们对认证的材料要求,” says Dr. Sö霍尼韦尔航空航天公司技术和高级运营高级总监eren Wiener。

生产零件的增长AM不需要公司利用新技术,仿真和材料功能。在创建任何给定组件期间,还需要设计专家和制造专家之间更加紧密的协作。

更多戴尔覆盖

赞助内容
白皮书:家庭工程
正确的移动工程工作站可以帮助设计人员无论在哪里工作都保持生产力。
赞助内容
GPU加速的可视化大获成功
More 软件 solutions are taking advantage of real-time ray tracing and 恩 hanced visualization made possible via the GPU.
赞助内容
工作站显示屏的新外观
更高的分辨率,更好的色彩和更多的连接选项可以提高工程效率。
赞助内容
仿真可增强3D打印性能
新的GPU加速工具有助于提高零件质量和性能。
赞助内容
机器人纤维印刷和基于体素的模拟为复合设计打开了新的大门
新术语,新打印方法和新的3D观看方式表明优化,增材制造和复合材料的融合
戴尔公司简介

英伟达的更多报道

分享这篇文章

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人员的行列,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


#24151