设计仿真 | 轴承座创成式设计到增材制造工艺仿真应用

Simufact 

增材制造（“3D打印”）技术集先进制造、智能制造、绿色制造、新材料、等技术于一体的新技术。增材制造技术从原理上突破了复杂异型构件的技术瓶颈，实现材料微观与宏观的可控成形，从根本上改变了传统“制造引导设计、可制造性优先于设计、传统经验设计”的设计理念，真正意义上实现了创成式式设计、拓扑优化设计的转变，为航空、航天、机械、汽车、电子等以及新产业的发展开辟了巨大空间。那么针对创成式增材结构设计到增材工艺一体化评估，海克斯康提供了完整的解决方案。

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创成式设计解决方案

海克斯康的创成式设计软件MSC Apex Generative Design具有增材制造工艺做结构设计与优化功能，一改传统拓扑优化软件操作复杂、需多个平台（多个人员）数据传递、结构强度不足等弊端，坚持做具有高度自动化、操作简单、以应力为导向的创成式设计平台，创建光顺、轻质、一体的“有机”结构设计，真正做到为增材制造提供质量好、重量轻、结构美观的产品设计。

海克斯康的金属增材制造工艺仿真解决方案Simufact Additive更是在国内外增材制造加工领域享有很高的知名度，作为为全球客户服务的增材制造的仿真解决方案，Simufact Additive可对粉床熔融、粘结剂喷射、机加等增材制造工艺进行仿真分析。Simufact Additive软件主要工作内容是在3D金属打印前，通过对打印过程、扫描策略、工艺参数、基板螺钉卸载、线割、热处理、HIP、支撑移除等过程仿真，预测打印变形、打印开裂、收缩线、卡刮刀等制造缺陷，软件具有支撑优化、变形补偿自动迭代优化功能，帮助用户优化打印变形，做打印可行性分析、成本评估等，通过多种仿真分析方法，帮助客户快速对比不同的打印方案，实现一次打印成功，降低试错次数，从而节省成本。与MSC Apex Generative Design搭配使用，可谓是一套完整的、智能的3D打印设计和工艺仿真的解决方案。

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 轴承座应用案例

海克斯康与GreenTeam及RENISHAW合作大学生方程式赛车的轴承座项目。鉴于比赛中赛车要使用的轴承座需符合轻质、高强度的要求，海克斯康采用MSC Apex Generative Design软件，根据轴承座的受力特点等信息，只需在软件中简单输入复杂度、安全系数、边界条件等内容，软件可以自动完成迭代，快速设计出多款结构方案。

多组方案对比

优化后的结构方案可以直接导入到增材制造仿真软件，在Simufact Additive中，对多个方案进行定位设计、支撑优化、打印可行性、成本预估等的分析后，最终选择出理想的目标模型。

定位设计与支撑方案对比

通过对比不同的摆放位置，可以确定除了结构本身在这个角度成形的可行性外，支撑方案也会决定着打印结果的质量。不同的摆放位置也会对应不同的支撑方案，而支撑的体积也与材料成本及时间成本息息相关。

打印阶段结果实时查看

在Simufact Additive中，可以发现伴随着粉末材料的逐层累积，其结果也会实时的进行展示，包括变形、应力、应变、温度等。如此我们便可以查看到应力累积、变形过大等问题出现在哪些位置、哪个时间，从而更好地进行对打印质量进行把控。同时，也支持不同方案的同角度、同时间等的同步对比，更清晰的得到对比结果，从而做出选择。

预测打印风险

在打印结束后，我们可以对整体结果进行查看，比如风险预测（卡刮刀、开裂、失效、支撑分离…）、变形情况、应力情况等问题。

在增材制造工艺加工后，经常会出现变形过大的问题，而对这一问题的矫正，一直是困扰客户的难题。因为变形都是非线性的，所以补偿量很难精确估计。而在Simufact Additive中，软件自带变形补偿功能，只需要简单操作，软件自动迭代得到合适的预补偿模型。

变形补偿结果

本例中的轴承座结构，通过自动变形补偿，将原本的最大变形量为0.8mm降低到0.02mm，精度大大提高。

方案筛选

最终Simufact的技术工程师，在多组方案中，经过层层的技术对比及成本评估，筛选出最佳的结果方案，在保证结构强度的同时，将成本降至最低，助力大学生方程式赛车喜迎佳绩。

一次打印成功