Simulación de fabricación aditiva
Explorar el futuro de la fabricación con las soluciones avanzadas de fabricación aditiva digital de SIMULIA
¿Qué es la simulación de la fabricación aditiva digital?
La fabricación aditiva digital (DAM) es un proceso de fabricación avanzado en el que las piezas u objetos se construyen capa por capa a través de la adición de material. Los métodos tradicionales de fabricación sustractiva, como el torneado, la perforación y el fresado, eliminan el material para lograr la forma deseada. Por el contrario, las técnicas aditivas utilizan tecnología de impresión 3D para desarrollar componentes directamente a partir de modelos digitales.
¿Cómo funciona la fabricación aditiva digital?
En la fabricación aditiva digital, se crea un modelo digital (DMU) de la pieza o de la plataforma de fabricación. Esto implica:
- Representaciones CAD tridimensionales: Diseños geométricos que representan el producto final deseado.
- Representaciones del proceso de fabricación: Descripciones detalladas de las metodologías, como la extrusión de material, el recubrimiento, las trayectorias de exploración y la deposición de energía.
Todo el proceso se gestiona digitalmente y el subproceso digital resultante se convierte en código de máquina, que proporciona comandos específicos para las máquinas durante la fabricación.
¿Cómo ayuda la simulación en la fabricación aditiva digital?
La fabricación aditiva (AM) presenta desafíos únicos, pero la simulación transforma estos obstáculos en oportunidades de innovación.
- Optimización del diseño: La libertad de diseño de AM requiere nuevos paradigmas. La simulación ayuda a explorar formas óptimas al tiempo que garantiza que las estructuras de soporte estén integradas de forma eficaz para evitar fallos de fabricación.
- Comprensión del rendimiento: Los cambios de fase, impulsados por reacciones químicas y procesos térmicos, influyen significativamente en el rendimiento del producto. La simulación permite predecir las tensiones residuales y las distorsiones que pueden surgir durante la fabricación, lo que mejora la fiabilidad general.
- Herramientas avanzadas para el éxito: Las tecnologías de simulación, como el análisis de elementos finitos y la dinámica de fluidos computacional, permiten realizar pruebas virtuales de procesos e ingeniería inversa de productos. Estas herramientas proporcionan información valiosa para perfeccionar el diseño y la producción.
- Mayor eficiencia: Mediante las capacidades de simulación, los fabricantes pueden reducir los ciclos de desarrollo, reducir los costes y mejorar la toma de decisiones. La capacidad de anticipación y gestión de posibles problemas antes de que surjan mitiga los riesgos del programa y garantiza resultados de alta calidad.
Ventajas principales de la simulación de fabricación aditiva
Ahorro de materiales
Reduzca al mínimo los residuos y utilice materiales avanzados (p. ej., filamentos de TPU, superaleaciones metálicas).
Flexibilidad de diseño
Utilice técnicas de diseño generativo para crear geometrías complejas y estructuras ligeras.
Optimización de procesos
Consolide varios componentes en una sola pieza, reduciendo el tiempo y los costes de montaje.
Mejora de la sostenibilidad
Fomenta prácticas de fabricación respetuosas con el medioambiente.
Eleve la colaboración con la plataforma 3DEXPERIENCE
La digitalización minimiza el tiempo de comercialización y los costes al cambiar el diseño de los procesos lineales a los de colaboración. La ingeniería colaborativa hace hincapié en el uso compartido eficiente de contenido en todo el ciclo de vida del producto.
El diseño para la fabricación aditiva (DFAM) implica un enfoque multidisciplinar, utilizando el diseño generativo y la optimización topológica para descubrir nuevas oportunidades. Las pruebas virtuales a través de simulaciones proporcionan información crítica sobre la previsibilidad de fallos y el rendimiento de los productos posteriores a la fabricación, que están estrechamente vinculados a los procesos de fabricación y las especificaciones de diseño.
La plataforma 3DEXPERIENCE permite una integración perfecta de datos en todas las disciplinas, soporta la gestión del ciclo de vida del contenido y cultiva un entorno de ingeniería colaborativo. La gestión eficaz del ciclo de vida del contenido, la madurez y la organización de datos sólida mejoran la resolución de problemas, la gestión de cambios, el enrutamiento y las pruebas, fomentando un entorno de colaboración productiva.
Subproceso digital de fabricación aditiva
Dassault Systèmes ofrece una cartera de aplicaciones integradas para maximizar las capacidades de las técnicas de fabricación aditiva conectando todas las disciplinas para una cadena de desarrollo auténtica de principio a fin, desde el diseño del producto hasta la fabricación y la simulación. La plataforma 3DEXPERIENCE ofrece numerosas funciones avanzadas y un rico conjunto de aplicaciones potentes para cubrir todos los aspectos del desarrollo de productos digitales. El subproceso digital proporcionado por la plataforma 3DEXPERIENCE garantiza una conexión estrecha entre estas aplicaciones potentes e intuitivas, como se resalta en las pestañas siguientes.
- 3DEXPERIENCE Marketplace
- Diseño generativo basado en funciones
- Selección de piezas
3DEXPERIENCE Marketplace
3DEXPERIENCE Make es una plataforma de fabricación bajo demanda que conecta a diseñadores e ingenieros con proveedores de servicios de fabricación industrial. Conecta el ecosistema industrial de diseñadores, ingenieros, compradores y planificadores de producción con proveedores de servicios de fabricación industrial como Xometry, Sculpteo, American Additive, Get it Made, Any-Shape y mucho más.
Gracias a nuestro sofisticado algoritmo, puede obtener presupuestos en segundos de nuestra red de proveedores de servicios para su proyecto de impresión 3D y mecanizado CNC.
Diseño generativo basado en funciones
La aparición de técnicas de fabricación aditiva permite la creación de formas orgánicas eficientes y estructuras reticulares complejas que van más allá del diseño de ingeniería tradicional. A diferencia de los métodos convencionales que se basan en las prácticas recomendadas y la experiencia de un ingeniero, el diseño generativo se centra en lograr diseños óptimos para funciones específicas basadas en limitaciones definidas.
La fabricación aditiva proporciona la flexibilidad para establecer restricciones funcionales que definen los volúmenes de diseño, las interfaces mecánicas de control y las métricas objetivo como la masa, la rigidez, la resistencia y la durabilidad, todo sin restringir la forma. El enfoque generativo dentro de 3DEXPERIENCE integra diseño, simulación y optimización a través de flujos de trabajo guiados, ofreciendo una solución optimizada para los usuarios dentro de una única interfaz.
Selección de piezas
Las potentes herramientas de búsqueda de 3DEXPERIENCE pueden evaluar su biblioteca de piezas y la lista digital de materiales para identificar posibles candidatos para la fabricación aditiva.
La colaboración digital y la inteligencia en nuestra plataforma garantizan un intercambio de información en tiempo real fluido entre todas las partes interesadas para que los diseñadores de productos, ingenieros y gerentes tengan una visión completa del proyecto en todo momento.
- Diseño de procesos y planificación de la producción
- Impresión virtual
- Ingeniería y desarrollo de materiales
Diseño de procesos y planificación de la producción
Las aplicaciones de fabricación de la plataforma 3DEXPERIENCE proporcionan flujos de trabajo guiados para diseñar y planificar procesos de producción y producción asociados con soluciones y máquinas aditivas. Comience por crear o reutilizar volúmenes y placas de construcción, anide automáticamente las piezas para maximizar el uso del volumen de construcción, capture y reutilice reglas para evaluar la orientación óptima de las piezas y calcule las estructuras de soporte mínimas. Especifique reglas personalizadas para el corte, los patrones de exploración y los parámetros de proceso para toda la construcción o para piezas individuales. Visualice la trayectoria de exploración para realizar comprobaciones de diagnóstico y reutilice los datos del proceso en simulaciones y estudios de impresión virtual posteriores.
Impresión virtual
Utilice la plataforma 3DEXPERIENCE para reducir los costes de tiempo y material. Simule el comportamiento de la construcción de piezas y las sensibilidades del proceso, incluidos la trayectoria de exploración y el rendimiento de la estructura de soporte. Acelere las simulaciones integrando y reutilizando los datos de diseño. Cree interfaces de usuario y flujos de trabajo para métodos de fabricación como la deposición de energía dirigida, la sinterización selectiva por láser o la extrusión de polímeros. Aplique soluciones termomecánicas validadas para predecir la distorsión y la tensión residual, al tiempo que identifica riesgos como la aparición de grietas y la interferencia de la máquina. Incluya evaluaciones de la vida útil de fatiga, tenga en cuenta el tratamiento térmico posterior a la construcción y asegúrese de que la geometría de fabricación coincida con la geometría diseñada mediante compensación digital.
Ingeniería y desarrollo de materiales
Cree impresoras virtuales con múltiples láseres o fuentes de calor para controlar la deposición y extracción de material mientras optimiza los métodos de refrigeración para la fabricación avanzada. Diseñe aleaciones metálicas para la fabricación aditiva mediante el análisis de simulaciones micromecánicas para comprender la orientación del grano y las propiedades de las fases. Con modelos de materiales definidos por el usuario y parámetros de proceso completos en nuestras simulaciones termomecánicas, puede diseñar con precisión los procesos de fabricación y las propiedades de los materiales para aplicaciones de fabricación aditiva exigentes. Unido a las potentes herramientas de optimización de 3DEXPERIENCE, tendrá control total sobre los flujos de trabajo avanzados de procesos de fabricación aditiva.
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Achieving Repeatable, High-Quality Additive Manufacturing Builds with Simulation
Simulation for Additive Manufacturing
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There are many simulation solutions addressing additive manufacturing. In this e-seminar we will discuss the eigenstrain method as it is used in the context of additive manufacturing process simulations.
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Recursos de fabricación aditiva
Distortion Prediction of Ti6Al4V Parts in Selective Laser Melting: An Industrial Case Study
Rapid heating and cooling in the Selective Laser Melting (SLM) additive manufacturing process generates large amounts of tensile residual stresses in the component. These stresses lead to part distortions and poor product performance. In most cases, distortions become more significant after cutting the part from the build tray and removing support structures. In this study, a complex topology optimized Gimbal Mount was considered for physical printing and finite element analysis of the print process. Th component was printed using Ti6Al4V material on an SLM machine and measurement points were taken on its outer profile. This data was compared with original geometry and simulation results. A good agreement was found between simulation and experimental results which was helpful in part development and establishing the technology.
Customer Papers
Additive Manufacturing Part Level Distortion Sensitivity Analysis within Abaqus on a Thinwalled, Tubular Structure
As additive manufacturing (AM) evolves to become a more viable production solution in terms of cost, quality, and time, the need for predictive simulation of the process grows as well. After testing several commercial offerings to see how well they could predict deformation of various parts, Abaqus was found to be the most promising option and chosen for a more in depth analysis. The scope of this particular project was to examine the effects of certain simulation choices – from basics (mesh, time stepping, element type) to unique AM convergence techniques (full/partial activation, expansion time constant, follow deformation, etc.). Hundreds of simulations were run in Abaqus with various permutations and the resulting response on the final deformation and stress state was tracked.
Customer Papers
Influence of Surrounding Powder Bed and Build Platform on Thermal Cooling Characteristics in 3D Printed Parts via Selective Laser Melting
Selective laser melting (SLM) leads to high cooling rates and correspondingly high residual stresses, which can distort the printed part on the printing platform and even lead to part cracking and consequent print failure. The temperature profile and cooling rates during the SLM process are influenced by the surrounding powder bed and building platform, which can act as a significant heat sink depending on part design and platform arrangement. The new functionality of the Abaqus additive manufacturing simulation framework allows for separate modelling of solid (laser exposed) material, powder bed (not exposed) and platform (not exposed), as well as evolving heat transfer surfaces for the AM part. In this paper we highlight the influence of the surrounding powder bed and platform on the thermal characteristics of the printed part.
Customer Papers
A metallurgical phase transformation framework applied to SLM additive manufacturing processes
While significant progress has been made in the last few years, the reliability of Additively Manufactured (AM) parts is often less than desirable as they suffer from manufacturing defects and hence subpar strength and fatigue life. To address this challenge, numerical methods are sought to provide insight into the process and help accelerate progress in raising the quality of AM parts. In metal AM applications, assessing the amount of unfused powder, melt pool volumes, and metallurgical phase transformations is often of interest. In this work, we introduce a generic framework for assessing metallurgical phase transformations, building on a previously-developed general simulation framework for predicting temperature evolution, distortions, and residual stresses.
Customer Papers
Phase Transformations in Metals during Additive Manufacturing Processes
The impetus of additive manufacturing (AM) technology in the last few years is significant. However, in many cases the reliability of the technology leads to parts that suffer from manufacturing defects and hence subpar strength and fatigue life when compared to parts manufactured with conventional technologies. Sustained experimentation is often required and computer simulations, like in many other fields before, are sought to provide significant insight into the process such that progress in raising the quality of AM parts can be achieved. This paper presents a sequential thermals-stress modelling approach of additive manufacturing processes of titanium alloy Ti-6Al-4V parts leveraging a new physics-based framework in a general-purpose finite element code (Abaqus).
Community News
Predicting the Properties of Additively Manufactured Parts
In this paper, thermo-mechanical-metallurgical simulations of Ti-6Al-4V parts produced by SLM are validated against experimental measurements. The work involves the simulation of the SLM process and the prediction of location-specific microstructural features (such as grain size, morphology characteristics and phase fractions). A framework for more generally predicting the mechanical properties of printed parts is then presented. This involves the implementation of a novel mapping between microstructural quantities and tensile properties at each material point. The results demonstrate the potential that the powerful new features of Abaqus2017 have for simulating AM processes.
Customer Papers
Recursos externos para la simulación de fabricación aditiva
Preguntas frecuentes sobre la simulación de fabricación aditiva
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