案例分享 | Simufact Additive——3D打印仿真软件在医疗行业的应用
概 述
金属3D打印技术以其独特的加工形式、高效的定制能力，现已成为非标流线部件及拓扑镂空等部件的重要加工方式。在医疗行业中，骨小梁、骨骼、关节等各项人体植入物都需要对患者进行针对性定制。针对定制成形的非规则部件的加工，3D打印以其普适性高、加工精度高等优势，已成为植入部件加工工艺的最优之选。
然而，在金属的3D打印过程中，虽然单件产品可快速成形，但打印成形的过程往往伴随着部件变形、打印过程中刮刀的碰撞、打印后收缩导致的开裂等一系列问题。在增加试错成本的同时，也严重影响着患者的医疗时效性。针对以上问题，海克斯康旗下的Simufact Additive仿真软件可对打印部件进行快速仿真分析，预测可能的打印失效方式，并可对部件的打印变形进行自动迭代补偿，帮助客户实现“一次打印即可成功”的目标需求。
Simufact Additive简介
Simufact.Additive 是全新开发的增材制造工艺仿真软件，专门用于模拟金属材料铺粉增材制造过程。通过Simufact. Additive不仅可以虚拟再现增材制造过程，预测增材制造过程中以及结束后结构的变形和最终形状、残余应力。并可以辅助进行增材制造工艺参数（堆积方向、支撑结构、切割方向、材料、扫描速度、热源参数等）的设计和优选。进而帮助设计人员进行改进工艺设计方案的虚拟验证，从而最终实现“一次打印即可成功”的目的。
Simufact.Additive 侧重于粉床熔融工艺仿真分析，其中包括选择性激光熔融（SLM）、直接金属激光烧结（DMLS）、LaserCUSING®、等效模拟EBM（考虑真空环境和基板预热）、多种金属粉末床熔融（PBF）等。
图：Simufact.Additive图形用户界面（前处理）
Simufact Additive典型案例
1） 膝关节3D打印仿真案例
图：膝关节定制模型
通过Simufact Additive软件，对膝关节产品的3D打印过程进行精确复现，可完美预测打印各个环节膝关节模型的各项参数指标。软件自动对变形位置进行反变形补偿优化，降低产品打印后的变形量，帮助用户提高产品精度，降低试错打印的成本，同时帮助患者早日获得定制产品。
图：膝关节变形自动优化
2）患者特定植入物
钛合金具有优秀的生物兼容性，并且重量轻，刚度好，是人体植入物的首选材质。Simufact的某一医疗行业客户，借助Simufact Additive软件对钛合金（TiAl6V4）材质的某特定植入物进行了建模分析。在Simufact的帮助下，快速找到了打印变形的原因，并对打印的摆放位置、方向、切割方式进行了系统的优化。
图：钛合金特定植入物
图：不同的摆放方式和支撑创建
图：变形及残余应力分布
通过仿真分析，得到相对优质的部件摆放位置，但部件的变形量依旧很大，最大约4mm左右，如下图所示。
图：不同摆放方式的打印变形分析（透明阴影为原始位置）
通过借助Simufact Additive的变形自动补偿功能，对变形量进行了进一步优化，并获得高精度的打印结果。软件可将反变形后的STL文件进行输出，使用优化后的STL文件进行实际打印，即可实现“一次打印成功”。经自动补偿后，变形结果控制在了0.2mm以内，如下图所示。
图：自动变形补偿过程和补偿后的打印结果
总 结
借助Simufact.Additive软件，可帮助用户在人体植入的定制产品实际打印之前，预测整个打印、热处理、切割后变形情况和可能发生开裂部位，并帮助用户对变形超差问题进行自动优化。软件实用、高效，不仅能大大节约试加工所带来的物料成本，更能提高产品生产效率，缩短制造时间，帮助用户实现“一次打印即可成功”的目的。
相关产品链接：https://www.anscos.com/simufact.html
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官方邮箱：info@anscos.com
【文章来自海克斯康工业软件】
