Bridging the Gap between Numerical Simulation and Experimental Analysis | Replay
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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
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.
Customer Papers
Risorse esterne per la simulazione nella produzione additiva
Domande frequenti sulla simulazione nella produzione additiva
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