Bridging the Gap between Numerical Simulation and Experimental Analysis | Replay
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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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Recursos de fabricación aditiva
Prediction of the Degree of Bonding in the Extrusion Deposition Additive Manufacturing Process of Semi-Crystalline Polymer Composites
The Extrusion Deposition Additive Manufacturing (EDAM) process is a manufacturing process used to produce three-dimensional objects made by deposition of molten polymer composite in a layer-by-layer fashion. Printing with fiber reinforced, semi-crystalline polymers provides for the manufacture of molds that can be used in high-temperature composite prototype molding applications. Further, the EDAM is scalable and can provide printed geometries in the centimeter to meter scales. However, in plane (X-Y) fiber orientation of the extrudate results in mechanical properties in the stacking orientation (Z) that are governed by the bond formed between adjacent extrudate layers. The quality of this interlayer bond is strongly influenced by the processing conditions, namely temperature and printing history.
Customer Papers
Finite Element Simulation of the Fused Deposition Modelling Process
In this paper, the commercial finite element software package Abaqus is used to simulate the FDM process. A Mobius arm part is used to illustrate the simulation procedure and a sequentially coupled thermo-mechanical analysis is performed. The heat transfer analysis calculates the temperature history which is mapped onto and used to predict residual stress and potential part distortion in the subsequent structural analysis. The tool path patterns dictate how material is progressively added to the part during the build and directly influence the accumulation of residual stresses within the part. Independent tool path events are characterized using event series data such as time, location and bead cross-sectional area.
Community News
Finite Element Simulation of the Multi Jet Fusion Process using Abaqus
Although additive manufacturing was first developed in the 1980’s, the technology is mainly applied for prototyping and tooling. The printing process is not well understood and controlled to be confidently used for printing of load bearing parts. Due to the complex geometry and the layer by layer printing process, parts as printed may show distortion, residual stress, delamination and failure that render the part unusable at the moment that it comes out of the machine. Finite element simulations of additive manufacturing can be very effective in understanding the cause of these defects and predicting the in-service performance of the printed parts. However, most finite element codes are not designed for simulating additive manufacturing processes.
Customer Papers
Process Modeling and Validation for Metal Big Area Additive Manufacturing
Metal Big Area Additive Manufacturing (mBAAM) is a new additive manufacturing (AM) technology based on the metal arc welding. A continuously fed metal wire is melted by an electric arc that forms between the wire and the substrate, and deposited in the form of a bead of molten metal along the predetermined path. Objects are manufactured one layer at a time starting from the base plate. The final properties of the manufactured object are dependent on its geometry and the metal deposition path, in addition to depending on the basic welding process parameters.
Customer Papers
Simulation of Polymeric Composites Additive Manufacturing using Abaqus
Additive manufacturing, specifically the extrusion deposition process, involves the progressive addition of material at elevated temperatures following a prescribed machine path at prescribed speed. Utilizing the newly available features of Abaqus 2017, specifically element activation and event series, progressive element activation is performed by implanting the user subroutine UEPActivationVol. In this work, the system at Purdue University for extrusion deposition of highly filled, high temperature thermoplastics is modeled through a user subroutine suite which coordinates element activation according to machine instructions, assigns appropriate local coordinate systems for using anisotropic material properties, and sets relevant initial state variables for user material models.
Customer Papers
Simulation of Semi-Crystalline Composites in the Extrusion Deposition Additive Manufacturing Process
A UMATHT user subroutine was developed in Abaqus to combine a non-isothermal dual crystallization kinetics model with a statistical melting model in order to describe the simultaneous solidification/re-melting behavior of 3D printed parts during the Extrusion Deposition (ED) process. This subroutine is described in detail. Results indicate that crystallization behavior is significant and strongly dependent on the utilized polymer. As an outlook, the interaction with a second UMAT user subroutine that will be employed to predict residual stresses and deformations is explained.
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Recursos externos para la simulación de fabricación aditiva
Preguntas frecuentes sobre la simulación de fabricación aditiva
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