金属粉末与激光作用过程为什么要仿真

曾经有一位3D打印方向的研究生导师“勉励”其弟子，你一定得做金属打印，你做SLA方向毕业去干什么呀？！

此处到不说金属打印有多辉煌，多有前途，至少是被人们所看重。

拖了法兰克福3D打印展的福，最近3D打印界利好消息不断，金属打印更甚，ANSYS收购3D SIM便是其中之一。为何非要把这个新闻拎出来说一说，因为国内压根没能做出这种软件，那么它是一款怎样一种软件?

在增材制造领域，“水最深”的应该是金属打印，金属粉末由固态到液态再成型成我们常见的金属，“经历了太多”，这个作用过程可能导致它密度不好、性能不佳，内部还可能储存着巨大的能量----应力！国内近几年提了多次的控形控性，然而直至目前，有多少商家也只能控其形而无法控其性，因为对成型工艺未能完全研究透彻。对金属打印过程中缺陷、应力、变形甚至性能的预测研究人员从未停止期待，国家也从未停止投入，然而我们对于增材制造仿真软件的课题攻关仍然望而生畏。笔者认为确实是太复杂了，可欧美确实也做出来了。

研究人员对于ANSYS再熟悉不过，只要是理工科的，无论读书期间从事的什么课题，对于ANSYS大多都有了解，如今它却收购了金属打印仿真的技术领导者，从一方面预示着增材制造终于了一个被大多数人认可的软件用于研究，另一方面也代表金属打印的模拟仿真预测打印性能已经发展到了一定的地步。

金属粉末与激光作用过程发生了丰富的物理化学变化，每一种粉末材料因为成分的差异与激光的作用效果也千差万别，打印过程所展现的现象更非一成不变，加工不同形状的零件更是融合了不同种类的工艺。一层粉末金属被加热和冷却，当沉积下一层时，再次加热，使两层粉末“焊”在一起形成固体；当零件完成时，每一层都经过多次热循环，在零件中产生残余应力。粉末分布不均匀或由于热膨胀/收缩循环而形成微小的微结构缺陷。在宏观层面上，根据零件的复杂程度，由于零件的整体形状和支撑结构，可能会出现额外的应变。任何这些情况以及更多潜在的情况都可能导致构建失败。构建失败可能包括零件变形，使零件超出公差或断裂。

工程仿真可以预先解决这些问题，通过预测AM制造部件的构建过程效果和结果属性。然后可以修改三维设计以消除预测的问题，并确保成功构建结构合理的部分。3D SIM的产品包括专为机械操作人员和设计人员设计增材制造部件而研发的易用型工具exaSIM。exaSIM提供了无与伦比的预测功能，能发现并解决残余应力、扭曲和建造故障，从而帮助用户实现部件容差，而且无需物理试验就能避免建造故障。另一款产品FLEX可帮助工程师、分析人员和研究人员针对具体增材制造机械和材料组合调整最佳工艺参数。这就能在制造部件前实现最高水平的部件完整性并预测微观结构和相关属性。此次收购使ANSYS拥有了业内唯一一个完整的增材制造（3D打印）仿真工作流程。

ANSYS增材制造仿真解决方案：

设置机器工艺参数，保证支撑以及实体打印成功；

为给定机器和材料限定属性；

需提前模拟设计和预测增材制造过程。

研究、评估和优化材料微观结构。

3D SIM加入 ANSYS 只是一个开始，预示着国外技术将获得更加深远的发展，国内科研人员更加应该努力才是。

延伸阅读：数值模拟在SLM成型过程中的应用

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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属粉末与激光作用过程为什么要仿真