e-Xstream Engineering帮助制造商权衡复合材料3D打印的生产成本

来源：MSC软件

e-Xstream Engineering,隶属于海克斯康智能制造部门, 于近日推出了全新的仿真和虚拟制造分析功能。与传统工艺对比，新方法可以帮助用户分析高分子基增材制造部件的生产成本，并通过使用制造部件的CT扫描验证复合材料的微观结构来不断改善虚拟工程工艺。

      

△使用Digimat增材制造进行生产成本分析

复合材料的增材制造在市场上越来越受欢迎，能够创建出比金属打印技术强度更好、质量更轻的零件，并通过材料设计（例如，连续纤维增强聚合物）满足预期的性能要求。最新的Digimat软件使企业能够模拟3D打印过程并计算生产每个零件的总成本，包括材料利用率、员工时间、所需能量和后处理步骤。

使用这款全新的工具，工程师可以全面掌握零件生产和精加工的过程，以确定最佳的工艺链。最重要的是，它还可以执行批处理优化，并行打印尽可能多的零件，从而提高生产能力并缩短交货时间。此外，它也可以用于生产计划中，考虑购买机器的总成本，并分摊到预计的产量上。最后，用户可以通过折线图和饼图显示结果轻松地查看与分析不同情况下的成本明细。

△分析SLS批量打印的后处理需求

预计到2030年，全球对复合材料3D打印的需求将增长到17亿美元，但由于技术难题，迄今为止实际应用仍受到限制。纤维取向会在零件的不同区域发生变化，因此会对力学性能产生重大影响。掌握此方面信息有助于工程师解决质量问题，并大大提高性能预测的准确性。如今，制造商还可以对零件进行CT扫描并导入3D RAW图像，在Digimat中建立部件的两相微结构（例如，碳纤维增强聚合物）的有限元模型，并对其性质进行建模。通过将已验证的材料模型嵌入到CAE仿真工具中，设计工程师可以进行分析并考虑制造零件中出现的变化，以减少材料的使用或避免失效点。

当引入新的材料系统时，将物理测量与虚拟测试联系起来还可以提高集成计算材料工程（ICME）过程的准确性。可以将零件性能与仿真过程进行对比，验证材料模型。CT扫描验证还能够帮助材料研究员改进手动建立的微观结构模型，以提高未来仿真的准确性。

改进新的制造工艺过程时，用户可以使用材料生命周期管理，获得相关零件、材料、3D打印机和工艺过程及物理测试的信息。e-Xstream Engineering的MaterialCenter平台软件可以获取和追溯材料属性数据库，以便可以在产品的设计阶段中使用。使用材料生命周期管理，可以轻松地在多学科团队中记录信息，并在整个团队内共享信息，从而收集有价值的信息，供授权用户重复使用。

△VGSTUDIO的复合材料微观结构CT扫描

预测CT扫描微观结构的材料特性是一个计算量较大的过程。例如，只使用CPU计算可能需要花费几天的时间来分析复杂的特性（例如，蠕变）。通过优化GPU来计算则可以在几分钟内得到结果，这样工程师就可以更快的执行多个交互性质的计算任务。在一个标准算例上，分析材料刚度所需的时间减少了98％。这种快速的求解，再加上命令行界面的引入，也使得Digimat可在高性能计算平台上基于云端的自动优化工作流中使用。

在用复合材料生产高性能结构（例如，航空零件）时，渐进式失效分析（PFA）模型可以为结构定义安全裕度，并可以最优地利用成本高昂的材料和工艺。最新版本的Digimat可以以两倍的速度分析这些复杂的Camanho模型，从而可以进行参数研究来定义缺陷公差并最大程度地提高产量。