金属 3D 打印中的软件和仿真
虚拟地避免施工错误：从 CAD 到切片再到热模拟。
1。简介：当数据成为金属
成功的金属 3D 打印取决于 80% 出色的工作准备和 20% 纯粹的机器执行。与 CNC 铣削不同的是，CNC 铣削中材料（块）的物理特性是固定的，而 PBF 打印则可以从无到有地创建材料。这个过程的热力学极其容易出错。
如果没有连续的、高度专业化的软件链——从 CAD 到数据准备（切片）再到热处理模拟——经济的 3D 打印是不可能的。本白皮书将引导您了解增材制造软件生态系统。
STL的问题
3D 打印行业使用 STL 格式已有数十年。 STL 将完美的圆形 CAD 曲面 (B-Reps) 转换为数百万个微小的平面三角形。这会导致文件大小巨大且舍入不准确。因此，现代系统越来越多地直接使用本地 CAD 数据或新的 3MF 标准，这也节省了颜色和材料。
2。数据准备（Data Prep）的流程链
在打印机发射第一束激光束之前，必须准备好数字模型。该领域的市场领导者是 Materialize Magics、Autodesk Netfabb 和 Oqton 等软件包。
- 1.组件方向：如何将零件放置在构建空间中？如果我将它旋转 45 度，它可能需要更少的支撑结构，但建造时间会更长。如果它平放，它会快速构建，但由于巨大的熔化表面（横截面）而变形。
- 2.支撑结构的生成：现代软件不再将支撑生成为实心块，而是生成为网格状仿生结构（例如树支撑）。它们使用的材料更少，散热更好，并且更容易折断。
- 3.切片和孵化：3D 模型被切成通常为 30 至 60 微米的二维层（切片）。然后软件计算激光的路径（阴影线）。 剖面线策略（条纹、棋盘图案、轮廓）对组件的内应力具有决定性影响。
3。热过程模拟：避免废品
金属 3D 打印最大的财务风险是建筑物拆除。如果打印 4 天后某个部件由于内部应力而向上凸出（翘曲）并堵塞重涂器（粉末滑块），则整个打印就会被毁掉。损失了数万欧元的材料和机器时间。
- 解决方案：仿真软件（例如来自 Ansys、Simufact 或直接集成到 Netfabb/Magics 中）在 PC 上虚拟计算整个打印过程。
- 基于体素的热力学：该软件模拟每个单独激光矢量的热输入。它可以检测热点（过热的区域）并准确预测组件将在何处变形或撕裂。
4。 “预变形”：智胜变形
如果模拟检测到打印时组件的一个边缘会向上翘曲 2 毫米，则该软件会使用一个巧妙的技巧：
您只需将文件中的数字 3D 模型向下弯曲 2 毫米（预变形）。因此打印机故意打印出“弯曲”的部分。由于工艺过程中产生的内应力，部件会完全变形为冷却时部件实际应有的形状。结果是几何上完美的轮廓。
5。 MES 和人工智能：控制未来工厂
随着公司从一台打印机发展到拥有 20 台打印机的农场，手动数据准备已不再足够。
- 制造执行系统 (MES)：平台（例如 AMFG 或 Oqton）控制整个制造工作流程。您可以自动分析收到的客户 CAD 的适印性（适印性检查）、计算价格、将打印作业分配给空闲机器并规划粉末库存。
- 切片中的人工智能：机器学习可以让软件从过去的数千个打印作业中学习哪种支撑策略最适合哪种几何形状，从而有助于自动优化支撑结构。
6。结论：软件作为竞争优势
认为购买最昂贵的 PBF 机器会自动获得优质组件的想法是一种误解。经济效率的真正杠杆（第一次正确）在于软件专业知识。掌握热模拟和智能数据准备的公司不会产生浪费，大量节省支撑材料并大大缩短“零件时间”。