Использование моделирования 3D-печати для обеспечения превосходного качества и точности

Узнайте о преимуществах и современном состоянии моделирования 3D-печати. В этой статье описывается, почему, что и как использовать моделирование в 3D-печати, а также даются советы, которые помогут вам начать работу.

Введение

Моделирование процесса изготовления постепенно становится частью рабочего процесса 3D-печати. Моделирование 3D-печати помогает понять и визуализировать сложные термомеханические явления, происходящие во время производства, что приводит к производству высококачественных и высокоточных деталей.

Это особенно важно для дорогостоящих компонентов, изготовленных с использованием современного процесса 3D-печати, где итерации проектирования (отказ от дефектной печати) очень дороги с точки зрения как стоимости материала, так и времени производства.

Моделирование процесса 3D-печати не следует путать с более распространенным механическим моделированием FEA:последнее помогает оценить механические характеристики детали при определенных условиях, связанных с ее функцией (нагрузка, деформация, температура и т. д.), тогда как первое помогает прогнозировать результат производственного процесса 3D-печати, слой за слоем и при определенных параметрах процесса.

В этой статье мы сначала представляем основные преимущества моделирования каждого процесса 3D-печати, а затем более подробно рассмотрим детали успешного моделирования и дадим несколько полезных советов, которые помогут вам начать работу.

Зачем использовать моделирование в 3D-печати?

Моделирование процесса 3D-печати очень ценно, поскольку помогает:

Избегайте сбоев при печати и детали, отбракованные из-за геометрических проблем, что экономит время и снижает общую стоимость.

Оцените риск производства и дать рекомендации по снижению вероятности неудачи .

Понимать физику производственного процесса.

Прогнозирование микроструктурных характеристик конечной части.

Оптимизация производства для повышения скорости производства, сокращения операций постобработки или повышения точности за счет уменьшения деформации детали и опоры.

Вы можете выполнить моделирование до или после создания опорных структур:

Перед созданием поддержки результаты моделирования помогают определить критические области значительной деформации или внутреннего напряжения во время изготовления. Затем дизайнер может добавить адаптированные опорные конструкции, чтобы минимизировать деформацию, изменить ориентацию печати, чтобы изменить области накопления тепла, или изменить геометрию 3D-модели, чтобы улучшить качество конечного результата.

После оказания поддержки моделирование помогает минимизировать риск. В случае производственного сбоя (например, из-за помех при повторном нанесении покрытия) убедитесь, что размеры конечной детали находятся в пределах указанного диапазона допуска. и оценить влияние различных параметров печати (например, сравнивая параметры, оптимизированные для производства, с параметрами, оптимизированными для точности).

В обоих случаях моделирование помогает снизить риск, связанный с высокотоварным производством. и повысить производительность крупносерийной 3D-печати, что позволяет сэкономить недели производственного времени и тысячи долларов на затратах на разработку и производство.

Какие процессы 3D-печати моделировать?

Моделирование наиболее актуально для дорогостоящей и высокоточной 3D-печати. Более того, самые популярные современные пакеты моделирования 3D-печати основаны на программах моделирования сварки металлов. Таким образом, моделирование чаще используется при 3D-печати металлом.

Однако все основные процессы 3D-печати можно смоделировать, и вот почему:

SLM/DMLS: SLM и DMLS являются старейшими и наиболее зрелыми технологиями среди процессов 3D-печати металлами, и поэтому многие программные пакеты ориентированы в первую очередь на них. Поскольку температуры плавления металлов выше, чем температуры спекания полимеров, термомеханические ограничения в деталях SLM/DMLS являются наиболее важными.

ЭБМ: EBM — это более новая технология 3D-печати металлом по сравнению с SLM/DMLS, и лишь несколько пакетов программного обеспечения предоставляют решения для нее. Моделирование в EBM может помочь определить области накопления тепла, генерируемого электронным лучом.

ФДМ: Основная проблема FDM — коробление, которое возникает из-за дифференциального охлаждения экструдированного термопластического материала. Моделирование может помочь проверить, нужно ли перепроектировать деталь или добавить поля для увеличения сцепления с платформой.

SLA/DLP :В SLA и DLP основной проблемой является скручивание, похожее на деформацию. На данный момент существует не так много программных решений для моделирования процесса печати SLA.

SLS: В SLS не требуются опорные конструкции, но в конструкции могут появиться зоны накопления тепла, что приводит к ухудшению гладкости поверхности или короблению. Моделирование может помочь выявить эти области.

Результаты и результаты моделирования

Распределение температуры

Градиент температуры является основной причиной всех механических явлений, происходящих во время сборки.

Градиент температуры иногда можно рассчитать отдельно, без какой-либо механической деформации. Обычно это быстрее, чем полное моделирование, и решение проблем накопления тепла может одновременно решить проблемы механической деформации.

Распределение градиента температуры дискретизированной модели (SLM/DMLS) в Netfabb. С разрешения Poly-Shape

Деформация

Предполагая, что истинные механические свойства материала известны, можно рассчитать деформацию детали во время изготовления.

Направление деформации обычно правильное независимо от того, какие параметры моделирования используются, но амплитуда деформации тесно зависит от размера сетки моделирования:использование более мелкой сетки даст более точные результаты, но требует больше времени для работы.

Векторы деформации модели (SLM/DMLS) в Netfabb. С разрешения Poly-Shape

Помехи при повторном нанесении покрытия

В технологиях с порошковым слоем (таких как SLS и SLM/DMLS), если деформация по оси Z превышает толщину слоя, устройство для повторного нанесения покрытия может войти в контакт с деталью, сметая ее и вызывая отказ. В некоторых пакетах моделирования вы можете определить высоту допуска повторного покрытия, и программа предупредит вас, если деформация по оси Z превысит этот порог.

Этапы постобработки

Основное внимание пакетов моделирования 3D-печати уделяется расчету термомеханических явлений, происходящих во время изготовления детали. Однако на более поздних этапах производственного процесса могут возникнуть и другие проблемы.

Во время отделения детали от рабочей платформы или удаления опорных конструкций остаточные напряжения производственного процесса могут привести к деформации детали. Тепловые процедуры помогут снять внутреннее напряжение. Некоторые пакеты моделирования позволяют моделировать эти этапы постобработки и помогают оценить, необходима ли (или даже эффективна) термообработка.

Список программного обеспечения для моделирования

Дискретизация

Первым шагом хорошего моделирования является правильная дискретизация объема детали.

В отличие от обычного механического моделирования, в котором используется конформная сетка с тетраэдрами, большинство программ для моделирования 3D-печати используют вокселизацию. 3D-объем детали представлен небольшими кубиками (или вокселами) аналогично тому, как 2D-изображение на мониторе ПК представлено квадратными пикселями. Использование большего количества элементов сетки дает более точные результаты, но также значительно увеличивает время моделирования. Очень важно найти правильный баланс.

Для первоначального моделирования может быть интересно запустить первое грубое моделирование с большими вокселами, чтобы получить «быстрые и грубые» результаты. Такое моделирование должно позволить вам за считанные секунды или минуты получить основные области деформации вашего отпечатка. Это не будет стоить вам много и поможет решить, необходима ли более точная симуляция (с меньшими вокселами).

Материал и параметры печати

После того, как деталь дискретизирована, вам необходимо выбрать свойства материала. Определение свойств материала, вероятно, является наиболее важным шагом в процессе моделирования, поскольку неточные данные приведут к неверным результатам моделирования.

Большинство редакторов предоставляют собственную библиотеку материалов, которая может оказаться очень полезной для начала работы.

В обоих случаях они, вероятно, не идеально приспособлены для моделирования. Каждое программное обеспечение для моделирования позволяет вам изменять или создавать собственные материалы для создания наиболее точного моделирования. Для правильного выполнения этого действия требуются экспертные знания в области материаловедения, и это не рекомендуется неопытным пользователям.

Калибровка

Некоторые программы моделирования позволяют калибровать свойства материала на основе тестовых образцов, напечатанных из конкретного материала и на конкретной машине. Таким образом, определяются более точные свойства материала, что приводит к более точным результатам моделирования.

Практические правила

• Выполните моделирование перед созданием опор, чтобы улучшить геометрию детали и облегчить проектирование опор.
• Смоделируйте после создания опоры, чтобы проверить точность и отсутствие помех при повторном нанесении покрытия.
• Сначала запустите быстрое моделирование с большими вокселами, чтобы определить области большей деформации. Затем уточните сетку, чтобы повысить точность результатов.
• Моделируйте температуру без механического разрешения, чтобы сэкономить время, поскольку решение проблем накопления тепла может также решить проблемы механической деформации.
• Предпочитайте облачное программное обеспечение для моделирования для более высокой производительности, но при необходимости используйте локальные решатели для соблюдения политики конфиденциальности.

Основной бонус: Загрузите бесплатно плакат «Правила проектирования 3D-печати» в высоком разрешении, полный практических рекомендаций по 6 основным процессам 3D-печати.

Дополнительные ресурсы для инженеров

Советы DFM для 3D-печатных деталей с тонкими стенками

Прочитать статью

Что такое недостаточная экструзия в 3D-печати?

Прочитать статью

3D-печать FDM и SLA

Прочитать статью

Самые быстрые методы 3D-печати

Прочитать статью

Когда использовать 3D-печать, а когда литье под давлением

Прочитать статью

3D-печать для промышленных целей

Прочитать статью

Что такое 3D-печать MJF (HP Multi Jet Fusion)?

Прочитать статью

Что такое быстрое прототипирование?

Прочитать статью

Что такое 3D-печать Binder Jetting?

Прочитать статью

Моделирование в 3D-печати

Прочитать статью

Какой 3D-принтер подойдет для прототипирования? Сравнение процессов 3D-печати

Прочитать статью

Что такое 3D-печать металлом и как она работает?

Прочитать статью

Советы DFM для 3D-печатных деталей с тонкими стенками

Узнайте требования к минимальной толщине стенок для 3D-печати FDM, SLA, MJF и SLS. Ознакомьтесь с советами по проектированию, которые помогут укрепить тонкостенные детали и избежать типичных неисправностей.

Прочитать статью

Что такое недостаточная экструзия в 3D-печати?

Узнайте, что такое недостаточная экструзия при 3D-печати, почему она возникает, как ее исправить и как избежать ее при печати в будущем.

Прочитать статью

3D-печать FDM и SLA

Независимо от того, создаете ли вы прототипы или производите детали для конечного использования, выбор между FDM и SLA может повлиять на стоимость, гибкость конструкции и общее качество. FDM известен своей доступностью и доступностью, тогда как SLA часто выигрывает в деталях и качестве поверхности. В этом руководстве мы рассмотрим обе технологии, чтобы вы могли найти ту, которая лучше всего подходит для вашего проекта.

Прочитать статью

Самые быстрые методы 3D-печати

Когда дело доходит до 3D-печати, скорость — это не просто роскошь, зачастую это самый важный фактор для инженеров. Такие процессы, как струйная обработка связующим и DLP, открывают новые горизонты в скорости, а SLS и FDM обеспечивают баланс между эффективностью и сложностью функциональных частей. Узнайте больше в этой статье базы знаний о том, как выполнять 3D-печать быстро и точно.

Прочитать статью

Когда использовать 3D-печать, а когда литье под давлением

Узнайте, на что следует обратить внимание при выборе между 3D-печатью и литьем под давлением, о преимуществах каждого метода производства и многом другом.

Прочитать статью

3D-печать для промышленных целей

Узнайте о преимуществах и недостатках различных методов промышленной 3D-печати, часто используемых материалах и многом другом

Прочитать статью

Что такое 3D-печать MJF (HP Multi Jet Fusion)?

Multi Jet Fusion (MJF) — это процесс 3D-печати, позволяющий быстро создавать прототипы и детали конечного использования. В этой статье объясняется, как работает MJF и его основные преимущества.

Прочитать статью

Что такое быстрое прототипирование?

При быстром прототипировании используются 3D-компьютерное проектирование (САПР) и производственные процессы для быстрой разработки 3D-деталей или сборок для исследований и разработок и/или испытаний продукции.

Прочитать статью

Что такое 3D-печать Binder Jetting?

В этом введении в 3D-печать Binder Jetting мы рассмотрим основные принципы этой технологии. Прочитав эту статью, вы поймете фундаментальную механику процесса Binder Jetting и то, как они связаны с ее преимуществами и ограничениями.

Прочитать статью

Моделирование в 3D-печати

Узнайте о преимуществах и современном состоянии моделирования 3D-печати. В этой статье описывается, почему, что и как использовать моделирование в 3D-печати, а также даются советы, которые помогут вам начать работу.

Прочитать статью

Какой 3D-принтер подойдет для прототипирования? Сравнение процессов 3D-печати

Какой процесс 3D-печати оптимален для прототипирования? В этой статье рассматриваются лучшие 3D-принтеры для этапа создания прототипов при разработке продукта, включая советы по проектированию, позволяющие максимально эффективно использовать каждую технологию производства.

Прочитать статью

Что такое 3D-печать металлом и как она работает?

3D-печать металлом — это процесс аддитивного производства, используемый для создания металлических деталей непосредственно из цифровой модели. В этом обзоре объясняется, как работают селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS), а также как эти процессы связаны с ключевыми преимуществами и ограничениями для инженерных компонентов.

Прочитать статью

Готовы преобразовать файл САПР в нестандартную деталь? Загрузите свои проекты и получите бесплатную и мгновенную расценку.

Получите мгновенную расценку