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3D打印技術(shù)有望同時(shí)為工程與生產(chǎn)帶來(lái)變革，由于能夠把數字設計方案快速轉變成實(shí)際產(chǎn)品，增材制造可以實(shí)現大規模定制并快速響應產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。但是高昂的材料成本要求產(chǎn)品研發(fā)人員每次都能夠一次成功，完成最佳的設計方案。
Q：到底什么是增材制造？另外，業(yè)界為什么對它如此感興趣？
A: 增材制造是一種通過(guò)逐層構造而生產(chǎn)三維部件的技術(shù)。該技術(shù)由于不斷增加材料層而得名，剛好與某些其他生產(chǎn)工藝的過(guò)程相反。之所以被稱(chēng)為3D打印，因為它需要把數字設計方案發(fā)送到機器，后者可以快速制造產(chǎn)品。
增材制造一開(kāi)始是用于快速制作原型，但是，由于具有眾多超出傳統工藝的優(yōu)勢，因此它作為一種新的生產(chǎn)形式得到了更廣泛的普及。顯然，它能夠幫助企業(yè)把數字文件迅速轉變?yōu)槌善?。不過(guò)它也能生產(chǎn)極其復雜的形狀，以及滿(mǎn)足特定客戶(hù)需求的“一次性”設計。與此同時(shí)，客戶(hù)還有望研發(fā)出高度定制的材料混合物，以實(shí)現預期的性能特征。
Q：目前金屬增材制造的應用范圍有多廣？未來(lái)的潛力有多大？
A:目前，率先采用金屬增材制造的企業(yè)通常擁有高度復雜、需要承受極端工況的部件，如：航空航天企業(yè)。增材制造的進(jìn)入門(mén)檻很高，因為需要購置非常昂貴的新生產(chǎn)設備。生產(chǎn)人員需要掌握新的專(zhuān)業(yè)知識。另外生產(chǎn)失敗會(huì )導致巨大風(fēng)險，因為金屬粉末和其他3D打印材料的成本很高。
因此，這就是為什么航空航天等行業(yè)在金屬增材制造方面一路領(lǐng)先，他們從該技術(shù)中獲得的相關(guān)利益讓他們值得克服上述挑戰。
Q：工程仿真對于解決高成本和高風(fēng)險有什么作用？
A:當你考慮這些高成本和高風(fēng)險的挑戰時(shí)，需要認識到工程仿真對于那些希望探索增材制造戰略的公司意義重大。其意義在于，仿真經(jīng)過(guò)40多年的驗證，能夠最大限度提高確定性和降低風(fēng)險。利用仿真技術(shù)，企業(yè)在象征性地按下“打印”按鈕之前，即可預測某個(gè)數字設計是否能夠成功制造。
仿真的魅力在于它能夠分析整個(gè)增材制造過(guò)程從最早期的設計到成品。企業(yè)不但可以依賴(lài)傳統仿真工具，以確保最終產(chǎn)品滿(mǎn)足性能標準，而且他們現在還可以借助新的過(guò)程仿真解決方案模擬生產(chǎn)過(guò)程。他們能夠回答這些關(guān)鍵問(wèn)題，如：“我應該把設計發(fā)送到哪臺機器？”，以及“哪種材料微結構非常適合這個(gè)設計方案？”
Q：仿真技術(shù)如何幫助那些剛開(kāi)始探索增材制造的企業(yè)？
A:利用仿真技術(shù)來(lái)優(yōu)化關(guān)鍵產(chǎn)品特征，而現在專(zhuān)業(yè)工具可以針對新的增材制造環(huán)境優(yōu)化設計方案?？梢灾饘硬榭醋冃闻c應力?？梢匝芯坎考莶钆c構建失效，這些是增材制造的主要風(fēng)險。通過(guò)增材制造技術(shù)生產(chǎn)的部件的特性與鑄造或鍛造部件的特性大相徑庭，而仿真可以幫助了解和解決這些關(guān)鍵差異。
雖然增材制造仿真是一門(mén)新技術(shù)，但是它與仿真一直以來(lái)所提供的價(jià)值定位相契合：最大限度降低風(fēng)險，減少時(shí)間與成本，以及最大限度提高產(chǎn)品創(chuàng )新。
Q：有哪些具體的仿真功能可以適用于增材制造工藝？
A:有一些適用于增材制造的仿真功能已經(jīng)廣泛用于解決傳統的產(chǎn)品研發(fā)挑戰。例如，數十年來(lái)工程師一直在仿真不同的材料成分。他們過(guò)去一直在優(yōu)化產(chǎn)品拓撲以及處理幾何結構，以便同時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程和實(shí)際性能。他們過(guò)去一直在進(jìn)行熱與結構分析。工程師過(guò)去需要研究部件形狀、變形與應力?，F在令人振奮的是，新的專(zhuān)業(yè)工具可以根據增材制造（3D打?。┑莫毺貤l件而考慮所有這些方面。增材制造意味著(zhù)包括金屬粉末在內的新材料、新設計、新生產(chǎn)工作流程和新的物理約束條件。不過(guò)，通過(guò)提供新一代解決方案以作為我們傳統軟件包的功能擴展，ANSYS讓這些變革變得易如反掌。
全新的軟件工具專(zhuān)門(mén)用于優(yōu)化工程師的設計方案，從而在當今的先進(jìn)增材制造設備上進(jìn)行生產(chǎn)。ANSYS首次研發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于機器操作員的仿真軟件。這些生產(chǎn)專(zhuān)家可以在虛擬環(huán)境中準確構建設計，從而能夠確信特定產(chǎn)品幾何結構能夠在特定增材制造設備上成功打印。該軟件可以和傳統設計軟件交互，可以獨立運行，也可以作為ANSYS技術(shù)平臺的組成部分運行，從而確保能夠形成閉環(huán)設計構建循環(huán)，最大限度地提高成功幾率和減少失敗
ANSYS正在與行業(yè)領(lǐng)先的工程和科學(xué)技術(shù)公司Renishaw合作，旨在研究仿真技術(shù)如何有效預測增材制造(AM)過(guò)程中的殘余應力。經(jīng)過(guò)ANSYS Additive Print預測，這些非常精密的渦輪機葉尖（每個(gè)只有1.3毫米左右）在A(yíng)M過(guò)程中會(huì )由于較高的熱應力而產(chǎn)生變形。（紅色區域代表高應力區域。）仿真使設計人員和機器操作員能夠調整部件幾何結構或者機器參數，以盡可能降低代價(jià)高昂的打印錯誤的風(fēng)險。
對于單個(gè)渦輪葉片，ANSYS Additive Print經(jīng)過(guò)驗證，其能夠非常準確地預測AM過(guò)程中的變形，與實(shí)際打印過(guò)程十分匹配。通過(guò)變形補償，最終部件與預期的幾何結構非常接近。如果沒(méi)有補償，部件應該被視為一次失敗的構建，從而浪費時(shí)間、設備產(chǎn)能和材料成本。ANSYS預計，對于渦輪機等復雜的幾何結構而言，單次打印失敗有可能浪費數萬(wàn)美元。
Q：企業(yè)如何開(kāi)始采用增材制造戰略？
A: 最常見(jiàn)的誤區之一是增材制造屬于“全有或全無(wú)”的價(jià)值定位。只有少數產(chǎn)品從頭至尾都是采用增材制造進(jìn)行生產(chǎn)。相反，主要部件進(jìn)行3D打印，然后與傳統方式生產(chǎn)的組件一起裝配成兼具兩者優(yōu)勢的產(chǎn)品。因此，傳統制造商一開(kāi)始會(huì )提出這樣的問(wèn)題，“我們的產(chǎn)品中有哪些部件適用于增材制造？”它們可能是具有復雜幾何結構、需要承受特殊應力或者需要高度定制的部件。
增材制造應當作為包含傳統制造功能的更大規模產(chǎn)品研發(fā)與制造戰略的組成部分，從而發(fā)揮戰略作用。
企業(yè)應當開(kāi)始增加專(zhuān)門(mén)針對增材制造研發(fā)的、能夠與現有仿真產(chǎn)品組合無(wú)縫集成的仿真功能。他們應當向ANSYS這樣具有豐富經(jīng)驗的合作伙伴合作，咨詢(xún)如何針對性地借助仿真技術(shù)、以較低風(fēng)險和投資進(jìn)入增材制造領(lǐng)域。
雖然增材制造是一種相對較新的技術(shù)， 但是業(yè)界已經(jīng)存在最佳實(shí)踐。ANSYS已經(jīng)與最早期的采用者開(kāi)展合作，而且可以幫助新的采用者實(shí)施這些實(shí)踐，并最大限度地發(fā)揮其業(yè)務(wù)模式的優(yōu)勢
