Simulazione della produzione additiva
Scopri il futuro della fabbricazione con le soluzioni di produzione additiva digitale avanzate di SIMULIA
Che cos'è la simulazione della produzione additiva digitale?
La produzione additiva digitale (DAM) è un processo di fabbricazione avanzato in cui parti o oggetti vengono costruiti strato per strato attraverso l'aggiunta di materiale. I metodi tradizionali di produzione sottrattiva, come la tornitura, la foratura e la fresatura, rimuovono il materiale per ottenere la forma desiderata. Le tecniche additive, invece, utilizzano la tecnologia di stampa 3D per sviluppare componenti direttamente da modelli digitali.
Come funziona la produzione additiva digitale?
Nella produzione additiva digitale, viene creato un mock-up digitale (DMU) del pezzo o del letto di fabbricazione. Ciò offre:
- Rappresentazioni CAD tridimensionali: Disegni geometrici che raffigurano il prodotto finale previsto.
- Rappresentazioni del processo di fabbricazione: Descrizioni dettagliate delle metodologie, tra cui l'estrusione di materiale, la ricopertura, i percorsi di scansione e la deposizione di energia.
L'intero processo è gestito digitalmente e la filiera digitale risultante viene convertita in codice macchina, che fornisce comandi specifici alle macchine durante la fabbricazione.
In che modo la simulazione è utile nella produzione additiva digitale?
La produzione additiva (AM) presenta sfide uniche, ma la simulazione trasforma questi ostacoli in opportunità di innovazione.
- Ottimizzazione dei progetti: la libertà di progettazione dell'AM richiede nuovi paradigmi. La simulazione aiuta a studiare forme ottimali e a far sì che le strutture di supporto siano integrate in modo efficace per evitare errori di fabbricazione.
- Comprensione delle prestazioni: i cambiamenti di fase, determinati da reazioni chimiche e processi termici, influenzano in modo significativo le prestazioni del prodotto. La simulazione consente di prevedere le sollecitazioni residue e le distorsioni che possono verificarsi durante la fabbricazione, migliorando l'affidabilità complessiva.
- Strumenti avanzati per il successo: le tecnologie di simulazione, come l'analisi a elementi finiti e la fluidodinamica computazionale, consentono di eseguire test virtuali di processo e di ingegneria inversa del prodotto. Questi strumenti forniscono indicazioni preziose per perfezionare la progettazione e la produzione.
- Promozione dell'efficienza: sfruttando le potenzialità della simulazione, i produttori possono ridurre i cicli di sviluppo, abbattere i costi e migliorare il processo decisionale. La capacità di anticipare e affrontare i potenziali problemi prima che si presentino riduce i rischi del programma e garantisce risultati di alta qualità.
I vantaggi principali della simulazione nella produzione additiva
Risparmio di materiali
Riduce al minimo gli scarti e utilizza materiali avanzati (ad esempio, filamenti di TPU, superleghe metalliche).
Flessibilità di progettazione
Utilizza le tecniche di progettazione generativa per creare geometrie intricate e strutture leggere.
Semplificazione dei processi
Consolida più componenti in un unico pezzo, riducendo i tempi e i costi di assemblaggio.
Maggiore sostenibilità
Promuove pratiche di produzione rispettose dell'ambiente.
Eleva la collaborazione con la piattaforma 3DEXPERIENCE
La digitalizzazione riduce al minimo il time-to-market e i costi spostando la progettazione da processi lineari a processi collaborativi. La progettazione collaborativa pone l'accento sulla condivisione efficiente dei contenuti durante il ciclo di vita del prodotto.
La progettazione per la produzione additiva (DfAM) prevede un approccio multidisciplinare che utilizza la progettazione generativa e l'ottimizzazione della topologia per rivelare nuove opportunità. I test virtuali attraverso le simulazioni forniscono informazioni critiche sulla prevedibilità dei guasti di costruzione e sulle prestazioni dei prodotti post-costruzione, che sono strettamente legate ai processi di produzione e alle specifiche di progettazione.
La piattaforma 3DEXPERIENCE consente una perfetta integrazione dei dati tra le varie discipline, supporta la gestione del ciclo di vita dei contenuti e favorisce un ambiente di progettazione collaborativo. La gestione efficace del ciclo di vita dei contenuti, la maturità e la solida organizzazione dei dati migliorano la risoluzione dei problemi, la gestione delle modifiche, l'instradamento e i test, favorendo un'atmosfera di collaborazione produttiva.
La filiera digitale della produzione additiva
Dassault Systèmes offre un portfolio di applicazioni integrate per massimizzare le capacità delle tecniche di produzione additiva, collegando tutte le discipline per un'autentica catena di sviluppo end-to-end, dalla progettazione del prodotto alla produzione e alla simulazione. La piattaforma 3DEXPERIENCE offre numerosi ruoli avanzati e una ricca serie di potenti applicazioni per coprire tutti gli aspetti dello sviluppo di prodotti digitali. La filiera digitale fornita dalla piattaforma 3DEXPERIENCE assicura una stretta connessione tra queste applicazioni potenti e intuitive, come evidenziato nelle schede seguenti.
- 3DEXPERIENCE Marketplace
- Progettazione generativa guidata dalle funzioni
- Selezione delle parti
3DEXPERIENCE Marketplace
3DEXPERIENCE Make è una piattaforma di produzione on-demand che mette in contatto progettisti e ingegneri con fornitori di servizi di produzione industriale. Pone in contatto l'ecosistema industriale di progettisti, ingegneri, acquirenti e pianificatori della produzione con fornitori di servizi di produzione industriale come Xometry, Sculpteo, American Additive, Get It Made, Any-Shape e altri.
Grazie al nostro affidabile algoritmo, puoi ottenere in pochi secondi preventivi dalla nostra rete di fornitori di servizi per ogni progetto di stampa 3D e lavorazione CNC.
Progettazione generativa guidata dalle funzioni
L'avvento delle tecniche di produzione additiva consente di creare forme organiche efficienti e strutture reticolari complesse che vanno oltre la progettazione ingegneristica tradizionale. A differenza dei metodi convenzionali, che si basano sulle migliori pratiche e sull'esperienza degli ingegneri, la progettazione generativa si concentra sul raggiungimento di progetti ottimali per funzioni specifiche sulla base di vincoli definiti.
La produzione additiva offre la flessibilità di stabilire vincoli funzionali che definiscono i volumi di progettazione, controllano le interfacce meccaniche e mirano a metriche come massa, rigidità, resistenza e durata, il tutto senza limitare la forma. L'approccio generativo di 3DEXPERIENCE integra progettazione, simulazione e ottimizzazione attraverso flussi di lavoro guidati, offrendo agli utenti una soluzione semplificata in un'unica interfaccia.
Selezione delle parti
I potenti strumenti di ricerca di 3DEXPERIENCE possono valutare la libreria di parti e la distinta materiali digitale per identificare i potenziali candidati alla produzione additiva.
La collaborazione digitale e l'intelligence della nostra piattaforma garantiscono la condivisione di informazioni in tempo reale tra tutte le parti interessate, in modo che i progettisti, gli ingegneri e i manager abbiano sempre una visione completa del progetto.
- Progettazione dei processi e pianificazione della produzione
- Stampa virtuale
- Ingegneria e sviluppo dei materiali
Progettazione dei processi e pianificazione della produzione
Le applicazioni di fabbricazione sulla piattaforma 3DEXPERIENCE forniscono flussi di lavoro guidati per progettare e pianificare la produzione e i processi produttivi associati alle soluzioni e alle macchine additive. A partire dalla creazione o dal riutilizzo di volumi e piastre di costruzione, esegue l'annidamento automatico delle parti per massimizzare l'uso del volume di costruzione, l'acquisizione e il riutilizzo di regole per valutare l'orientamento ottimale delle parti e il calcolo delle strutture di supporto minime. Specifica regole personalizzate per il taglio, i modelli di scansione e i parametri di processo per l'intera costruzione o per singole parti. Visualizza il percorso di scansione per i controlli diagnostici e riutilizza i dati di processo nelle simulazioni e negli studi di stampa virtuale a valle.
Stampa virtuale
Utilizza la piattaforma 3DEXPERIENCE per ridurre i tempi e i costi dei materiali. Simula il comportamento di costruzione delle parti e le sensibilità del processo, comprese le prestazioni del percorso di scansione e delle strutture di supporto. Accelera le simulazioni integrando e riutilizzando i dati di progettazione. Crea interfacce utente e flussi di lavoro per metodi di produzione come la deposizione a energia diretta, la sinterizzazione laser selettiva o l'estrusione polimerica. Applica soluzioni termomeccaniche convalidate per prevedere la distorsione e le tensioni residue, identificando al contempo rischi quali l'innesco di cricche e l'interferenza con la macchina. Include valutazioni della durata a fatica, tiene conto del trattamento termico post-costruzione e assicura che la geometria prodotta corrisponda a quella progettata attraverso la compensazione digitale.
Ingegneria e sviluppo dei materiali
Crea stampanti virtuali con più laser o fonti di calore per controllare la deposizione e la rimozione del materiale e ottimizzare i metodi di raffreddamento per la produzione avanzata. Progetta leghe metalliche per la produzione additiva analizzando simulazioni di micro-meccanica per comprendere l'orientamento dei grani e le proprietà di fase. Con modelli di materiali definiti dall'utente e parametri di processo completi nelle nostre simulazioni termomeccaniche, è possibile progettare con precisione i processi di produzione e le proprietà dei materiali per le applicazioni AM più complesse. Insieme ai potenti strumenti di ottimizzazione di 3DEXPERIENCE, hai il controllo completo sui flussi di lavoro avanzati del processo AM.
Testimonianze dei clienti
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Risorse per la produzione additiva
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.
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Risorse esterne per la simulazione nella produzione additiva
Domande frequenti sulla simulazione nella produzione additiva
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