案例学习

案例分享|通过工艺仿真避免增材制造(3D打印)过程中的问题

项目介绍

以博世众多产品中的一种广泛用于制造行业的工装夹具为对象。

·每年大约需要生产200多套该工装夹具,用于各种零部件的装配。此前该工装夹具的生产是通过传统的铸造工艺加工完成,但为了节约成本和时间,博世提出了使用增材制造工艺生产该工装夹具的想法。

·使用3D打印的零部件替代传统铸造工艺制造的零部件

·制造轻量化结构

解决方案:

第一步:拓扑优化

通过TOSCA 和Abaqus软件使用拓扑优化的方法,博世的工程师重新设计了刚度等满足设计要求的轻量化工装夹具,旨在降低材料成本和能源消耗。

结果是:博世的工程师成功的将以前的两个零部件整合成一个零件,减少了70%的重量。

第二步:增材制造(3D打印)的挑战

·3D打印过程中产生的残余应力的量级和分布与多种工艺参数相关,比如工艺类型、构建率、构建顺序、约束等。

·在此过程中局部受热和冷却会产生不均匀的热膨胀和收缩现象,这将导致热影响区的残余应力分布十分复杂,并会在整个结构上产生额外的变形。

·残余应力会增加断裂和疲劳损坏的可能性,在部件打印过程中也可能进一步产生部件的变形。

·预测部件在加工后的特性,进行进一步的结构优化设计与工艺参数的优选至关重要。


增材制造工艺仿真

博世的工程师使用了增材制造工艺仿真软件Simufact Additive进行了该夹具的建模、计算与结果后处理。对初始方案进行评估时Simufact Additive预测出了多个制造问题:

通过Simufact Additive工程师对超出变形公差的零部件采用了变形补偿设计,以优化仿真结果。目前,Simufact Additive 的优化已经应用于改进产品设计和制造方法,例如:变形补偿结构优化、支撑结构优化、基板切割方式以及支撑移除方式等。


结果


总结

博世印度公司通过增材制造(3D打印)的方案替代了小批量生产、成本昂贵的传统铸造工艺加工的零部件。通过拓扑优化以及变形补偿优化设计,博世工程师成功的将之前的两个零部件整合为一个零件,同时将重量减少了70%。使用Simufact Additive 进行增材制造工艺仿真有助于工程师提早发现增材制造过程中可能出现的问题(例如变形、残余应力高等),并能在第一时间找到对策,提供最佳的设计和工艺参数优化方案。


概述:仿真的优点


1、确定并减小残余应力和变形;

2、预测多个零部件在打印空间中同时打印时的相互影响;

3、通过参数灵敏度研究确定最佳构建方向;

4、减少物理试错次数;

5、提高生产力并减少生产时间。


博世公司简介

Robert BoschEngineering and Business Solutions Private是Robert Bosch GmbH的全资子公司,Robert Bosch GmbH是全球领先的技术和服务供应商之一,提供端到端的工程,IT和业务解决方案。 该公司拥有超过19,000名员工,是德国境外博世最大的软件开发中心,在美国,欧洲和亚太地区拥有全球业务。



客户怎么说

CERN Geneve

Simufact案例研究 -  Simufact Engineering Renishaw和GreenTeam

罗曼格拉德(Cern)

     欧洲核子研究中心的机械和材料部门选择了Simufact Additive来模拟选择性激光熔化过程,以预测高能物理应用中零件的变形,即。超导磁体和射频(RF)组件。预测变形是实现首次精确零件的关键,特别是对于采用昂贵材料制造的零件,例如为超导射频应用开发的铌。

Romain GERARD,

增效制造工程师,CERN Geneve

H + E Produktentwicklung GmbH

照片:Matthias Gruetze(H + E)

Matthias Gruetze(H + E Produktentwicklung GmbH)

      在我们的日常工作中,尺寸精度,精度和成熟设计起着极其重要的作用。为了满足这些要求,我们在设计中使用了仿真软件Simufact Additive。通过使用仿真解决方案,我们可以提高生产过程的准确性。凭借其易用性,Simufact       Additive完美地集成到我们的工程中。

Matthias Gruetze,

H + E Produktentwicklung GmbH总经理制造总监

 

MBFZ toolcraft GmbH

照片:Christoph Hauck(工具手册)

Christoph Hauck(工具手册)

      一方面,有缺陷的印刷品浪费了粉末形式的昂贵材料,另一方面,我们的焊接过程伴随着扭曲。我们越来越多地面临可行性边缘的设计。在经典参数导致强烈扭曲的情况下,通常需要大的框架尺寸。

      我们现在拥有了一个软件解决方案——使Simufact Additive,可以实现零故障生产的目标我们可以提前运行仿真,以检测组件的变形。对我们来说,Simufact Additive提供了很好的价值。

     

Christoph Hauck,

MBFZ toolcraft GmbH董事总经理

 


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