增材制造 | 3D Printing Corporation利用多物理场仿真技术提高ROI

本文原刊登于Ansys Blog：《3D Printing Corporation Optimizes Additive Manufacturing Services With Multiphysics Simulation》

作者：Jennifer Procario | Ansys 企业传播撰稿人

编辑整理：郑伟巍 | Ansys高级应用工程师

随着技术进步不断影响全球各行业，增材制造（AM）变得日益普及。预计到2030年，其全球市场规模将达到761.6亿美元，在2022年至2030年期间预计将以20.8%的年复合增长率增长。¹

环境问题增加了增材制造的吸引力，因为许多公司正在寻找能够提高效率同时降低材料成本的方法。为了实现这一平衡，许多制造商正在进行数字化转型，并采用新的技术和方法。仿真和增材制造可为这一转变提供支持，帮助制造商在打印之前完成对3D部件的设计、测试和验证，从而节省时间、材料和成本，同时有助于提高部件质量。

美国企业3D Printing Corporation, K.K.在日本的分公司（3DPC）将仿真与增材制造相结合，通过提供战略3D打印服务的一站式解决方案，帮助制造商开发替代供应链。为了保障供应链，并为制造商应对意外中断做好准备，3DPC为制造商提供增材制造部件和服务，以优化其工作流程并帮助实现数字化。从玩具公司到空间站，3DPC与多个行业和市场开展合作。

通过Ansys初创公司计划，3DPC能够以较低成本获取Ansys的多物理场仿真工具，使用Ansys的仿真技术来确保其3D打印部件和材料的准确性和耐用性。通过Ansys的高精准预测分析，3DPC可验证工程动力学，包括结构完整性、热问题、流体流动和冲击，同时降低材料成本、优化其增材制造服务并扩大其客户群。

3DPC的设计人员使用Ansys Fluent分析离心机翼周围的流体流动

3DPC会用到各种材料，包括树脂、金属和复合材料。在增材制造中，预测变形对于成功构建部件、降低成本并避免大量打印错误至关重要。3DPC使用Ansys的多物理场仿真工具，提前分析和预测热变形并修改参数。

在构建部件时，强度和重量同样重要，因此需要找到两者之间的平衡点。制造商努力寻求坚固的部件，而他们的客户则要求部件实现轻量化。为了达到这一平衡，3DPC采用熔融沉积成型（FDM）方法，并结合Ansys Mechanical和应用拓扑优化。该团队在考虑FDM方法的各向异性的同时对强度进行评估，并将其应用于拓扑优化模型。在采用这种方法的一个示例中，3DPC成功地将重量减轻了20%，而并没有降低其强度。通过使用Ansys仿真技术，该团队能够修改设置和参数，例如边界条件，直到达到理想的比率。

对于热分析，3DPC集成了Ansys Fluent来评估热交换效率，以及Ansys Additive Suite来预测采用粉末床熔融（PBF）方法的热变形。此外，3DPC还使用Ansys LS-DYNA评估弹性体材料的抗冲击吸能能力，使用Ansys Discovery分析网格数据。

3DPC首席执行官Alexander De Vore表示：“如果没有Ansys初创公司计划，我们就无法采取有效措施来探索Ansys提供的所有不同模块解决方案。其中一些解决方案对我们流程的不同阶段带来了意想不到的好处。Ansys解决方案带来的广泛洞察，帮助我们发现了为现有业务带来增值的新方法。”

除了减轻部件重量之外，3DPC还减少了材料用量，并提高部件性能。例如，Ansys的工具可帮助3DPC量化晶格‍结构等增材部件的‍刚度。这种洞察不仅能改进部件，而且还有助于3DPC为客户创建更强大的业务提案，并能够利用仿真以虚拟形式说明部件特征。凭借这些优势，再加上Ansys的快速仿真周期，3DPC能够缩短销售时间，加快生产速度，并赢得新客户，从而提高投资回报（ROI）。

3DPC在增材制造过程中使用Ansys的仿真工具来提高部件质量，例如这个头盔中的3D打印缓冲

3DPC主要提供四大服务：设计工程，包括多种AM技术，例如PBF和熔丝制造（FFF）；由3DPC日本工厂的设备制造；硬件集成咨询；以及客户可以通过电子方式下单和跟踪订单的数字平台。

通常，3DPC的客户包括这样一些公司：迫切需要部件、想要利用AM几何结构的高性能组件，或正在考虑系统采用AM但不确定如何开始。

为了满足客户对更快部件生产的需求，仿真可帮助3DPC对模拟组件进行数字化，并在更短的时间内根据客户规范定制部件。在一个实例中，3DPC帮助一家全球规模的大型企业将交付周期缩短了大约20%。

De Vore指出：“通过使用我们多年来开发的一些软件模型和设计启发方法，我们能够避免大量的试错。”

对于希望使用AM几何结构提高部件性能的客户而言，仿真可帮助3DPC克服一些常见的挑战，例如重量、热动力学和电磁属性方面的工程动力学。大多数客户已经探索了传统几何结构，并将寻求增材制造的新功能。3DPC通过提供从材料选择到性能测试和材料开发的集成服务，来满足这些需求。

随着增材制造的吸引力和普及程度不断提高，许多企业对该技术很感兴趣，但对其加工并不熟悉。对于这些潜在客户，3DPC可提供硬件咨询服务，以评估特定需求并讨论可能的解决方案。

借助Ansys仿真提供的关键洞察，3DPC可以检测出可能的缺陷，例如金属中的孔隙率，这种缺陷可能在加工过程中因空气残留而发生

通过在整个AM加工过程中集成Ansys的仿真技术，3DPC可以应用重要的数据驱动洞察，该团队认为这些洞察至关重要。

De Vore表示：“这种类型的数字建模非常重要，因为AM是一个连续的过程。”

展望未来，该初创公司将继续利用Ansys的仿真技术强化其业务，并计划通过进一步探索工具和考虑数字存储解决方案来增加数据洞察。

De Vore指出：“当我们向新客户展示模型结果时，其中一些最佳成果赢得了他们的信任。通过整合Ansys的成果来缩短我们的销售时间，并赢得之前难以获得的新客户，为企业带来了非常积极的投资回报。”