金属3D打印机造型物的残留应力及变形量分析工具

日本MSC Software公司（以下简称MSC，总部：东京）宣布，正在开发对金属3D打印机的造型物残留应力及变形量实施计算的模拟工具“Simufact AM（暂称）”。其对象是利用激光光束使金属粉末熔融和凝固（粉末床方式）的3D打印机。该模拟工具最早有望在2016年内推出产品。

△金属3D打印机的造型模拟示例，图中显示的是去除支撑部之前的应力分布。

金属3D打印机造型中途失败的原因大多源于两方面，一是已经造型好的部分变形、隆起，导致没有足够的空隙来进行新一层的造型，另一个是造型物与提供金属粉末的机械产生相互干扰。在造型结束后，在去除支撑部或加工造型物时，出现大幅变形。这些变形的原因出在制造造型时产生的应变上。正在开发中的软件可根据材料、作为热源的激光器功率输出，以及扫描方式等计算出这些应变。

金属粉末在激光光束作用下的熔融和凝固是极为局部且瞬间发生的现象。比如，在半径数十μm×深100μm以内的狭小区域内，温度以毫秒为单位短时间内上升至熔融以上，并在0.1秒后下降至100℃以下。MSC从大约1年前开始开发相关算法，以造型物的整个形状作为对象，将伴随上述现象产生的应变累积起来，就此来计算出残留应力及变形量。较之使热分析与构造分析联动的方法，这种方法只需要更短的计算时间。

MSC已制作出了在非线性结构分析工具“Marc”的基础上配备上述算法的试制软件，还把由此获得的经验与在美国MSC Software公司开发加工模拟工具“Simufact”的团队做了交流，目前双方正在共同推进开发。

金属打印温度控制最关键，就像激光焊接一样，温度低就没有变形量 ，