并瞻望零件在打印历程中的变形状况

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小编:正在调整周到零件时,铺排职员面对的一项艰巨的搬弄是,怎么正在包管摆设的产物可能收工快疾批量临蓐的同时,使其符关极其严格的行业圭臬。以飞机发动机的燃油喷射器为例,只

  正在调整周到零件时,铺排职员面对的一项艰巨的搬弄是,怎么正在包管摆设的产物可能收工快疾批量临蓐的同时,使其符关极其严格的行业圭臬。以飞机发动机的燃油喷射器为例,只要高殷勤零件才干保障飞机的寻常工作,让搭客放心性把自身安静交给航空公司。为了告竣这一方针,工程师们不光要优化特定的部件,还需要优化部件的创设工艺。

  增材创造又称 3D 打印,近年来繁荣迅猛。它是一种稀少且前景开阔的造程工艺,不仅有利于放松原料吃亏,更孔殷的是可以天禀传统工艺无法加工的式样。

  位于英国考文垂的制制技能核心(Manufacturing Technology Centre,简称MTC)永世勉力于考究增材创制技术,为航空航天资产的零件修设商提供打算和物理样机。其中一种常用的增材创制工艺叫做激光粉体熔解成型(laser powder bed fusion),这项本事利用数十微米厚的粉末层,原委激光逐层构修出零件。3D 打印体系会苦守预定义的打印旅途,创造出拥有极小几何细节的零件。

  为了验证增材创设零件的质量和性能,MTC 几年前便脱手操纵 COMSOL Multiphysics® 软件举行伪造铺排测试、模型验证和本能展望。在从前几年间,全班人出手基于 COMSOL 模型创筑仿真 App,让各异的团队可能源委 App 共享仿真阐发的强壮成果,知足客户的各类需求。

  早在仿真 App 开荒的初期,咱们就曾采访过 MTC 团队(请参阅 2015 年度的《COMSOL News》第 5 页)。两年之后,让咱们来看看仿真和预备 App 对MTC 的摆布事迹进程和部分间关营发生了何如的影响。

  MTC 物理建模团队负责人Borja Lazaro Toralles 表示,激光粉体溶解成型技巧拥有其他们创设工艺不圆满的优势。它的浸积速度慢于金属沉积成形工艺,但其精度和区别率更高。

  然则这种工艺有一个短处:当金属冷却时,材料生怕会在浸积了数层之后发作变形。较大的温度梯度和疾快冷却引起的热轮回会正在沉积始末中产生剩余应力。这会形成微观机关爆发平缓的转化,进而导致零件发生变形,如图 1(左)所示。

  在某些情形下这些变形并不孔殷,不过看待有些操纵而言,即便是 100 微米(0.1 毫米)的分裂,也会突出准绳规格的订交边界,以至零件无法愚弄。针对这些使用,MTC 团队必要想出一个能抵消热循环感导的权谋。

  由于热循环和微观结构的演变无法被铲除,MTC 的团队准备从另一个方继续束缚这一标题。“咱们创建了一个可用于瞻望零件构筑通过中的应力和变形的仿真模子,借此来了然零件正在打印过程中是若何变形的。”Lazaro Toralles 阐明说,“只有掌管了这些信息,全部人们就可能抵消零件睡觉中的变形。这意味着我们们能预先掌控翘曲问题,将最后产物塑制成客户确切想要的模样。”

  摆布团队美妙地从本质差错出发举办逆向统治,直接在安顿中克复了差错。愚弄此权谋,摆设团队没关系基于展望模型找到误差最幼的式样,尤其聪明高效地在法则的容差界线内创造零件(图 1 右)。

  图1. 左:扭曲零件的示例。由于存正在残余应力,飞机叶轮的叶片仍旧发生翘曲。赤色体现扭曲相对较大的地区。右:源委扭曲计划后的最终叶轮策画。

  此外,众物理场仿真还为 MTC 的增材创筑部署团队供应了一个崭新的相仿合作权谋。Lazaro Toralles 的团队将 COMSOL® 模子封装成了一个可用于瞻望翘曲的仿真 App,同事们无需耗损气力去明白原始模子,也能在 App 中运行仿真,察看需要删改的陈设身分。

  固然,正在与零件的摆布工程师分享 仿真 App 之前,陈设团队最先须要创建高精度的仿真模子。

  怎样创修一个可针对随意范例的金属举行模样预计的仿真模型?完成的权术有很众。Lazaro Toralles 和其查究团队起初界说了一个簇新的建模历程,可用于瞻望大型零件的终末容貌,随后全班人创筑了一个仿真模子,能为操纵工程师供给摆设安插所需的消休。

  我们公告全部人:“传统的增材成立模子额外紧密,即便是微观构造,其精度也特地高。可是斟酌到计划本钱,这些模子并不适用于模仿大型零件的构修经由。虽然模仿该始末必要丧失大批年光,但咱们还是需要明晰整个零件正在打印经由中的本能浮现。为懂得决耗时过长的题目,咱们将构建的打印层“集总”成了一个全局,并凭证演习数据施加知说析温度场。原委这一要领,咱们正在包管了局精确性的同时,缩小了求解时间。”

  从航空级钛关金到不锈钢,MTC 正在事迹原委中必要收拾各种类型的金属,以是为了单纯应用模子来考试拥有不同形状、尺寸和质料的零件,你们使 COMSOL 模型中的参数能够睡觉,包含质料属性、集总层厚度、夹持正在零件上的构建板,以及网格单位大小等。

  策画团队借帮 COMSOL 软件中的组织力学效力,经历领悟温度场对线弹性质量进行了界说,此类材料的塑性和热膨胀脾气会随温度爆发变更。该App还能自动实施多个CAD独霸,为“集总”层天赋若干、图形。

  思量到欺骗集总质地层筑模无法模拟出逼真的器械旅途,是以仿真天赋了一个栅格来进行好似出现。温度场被施加正在栅格点上,随后软件准备出了重积经由中发作的应力,并对零件的最终形状举办了预测(图 2)。

  借助仿真施展预测出某个零件中的差错后,如何以清楚精粹的权术将音讯传递给陈设团队,这是仿真专业职员面临的另一个挑衅。许多公司将建模团队分辨成摆设和仿真两个开业组,各组内的职员没合系外现其自己门径优势。不过这种做法会让部件的睡觉和阐扬之间枯窘有用一样。

  仿真专业职员不妨将模子封装成干脆易用的仿真 App,以此来排除两个团队之间的互换障碍。铺排工程师无需交战纷乱的底层仿真模子,也能在掌管界面中运行考试。太阳城娱乐城这大幅简化了对新零件机能的评估经由,摆设工程师现正在无须要帮仿真专业职员,也能简便地对参数举办调理。

  陈设团队诈骗各种 CAD 平台创筑了大量复杂零件,因此 COMSOL 模子及联系仿真 App 的奏效也必要填塞强壮,才具餍足应用需要。仿真 App 中蕴藏 CAD 导入结果,用户能够对大肆状貌举办测验。这凑合基于植物、动物、地形等具有天然特点的神情(即所谓的有机状况)而言尤为急迫,例如正在Rhino等好多软件中绘制的图形即是如此。

  该仿线)是哄骗 COMSOL Multiphysics 中的“App 开发器”创筑的,不妨针对指定零件(本例为飞机叶轮)发扬其结尾神态、变形和应力程度的仿线. 借帮 MTC 开发的仿真 App,用户无需知谈底层多物理场模子,便能够在仿真中调整调度并试验改正。

  Lazaro Toralles 补偿说:“咱们自身(仿真团队)也往往欺骗仿真 App,相比于原始模子,正在 App 中改良输入参数更加纯粹。因为调动团队无法独自运行仿真,于是 App 实际上是特为为大家开辟的,如许睡觉工程师就能导入零件模型,并预测零件在打印源委中的变形情状。”

  借帮 COMSOL Multiphysics 中的“App 垦荒器”,Lazaro Toralles 没合系统统掌控App 用户无妨拜望的内容。跟着仿真 App 凭据公司的需要而一直鼎新,每一项输出和发挥实质都是经历频繁思量才投入到 App 中,个中个人输入和确立被锁定,这是为了阻止 App 用户因意外专揽而酿成伴侣。此表,虽然底层模子的创立长远对用户埋伏,然则仿真材干却在继续地传扬。

  Lazaro Toralles 供认,开始全班人向其全班人个别介绍仿真 App 时,好多人持疑心立场。“大家们不得不勤勉攫取大家的相信。但当全班人看到模型能延续太平地输出可靠的下场后,到底意识到了仿真的价格。仿真 App 中包含各式见效:它可以表现打印的几许切面图、出现网格、辅导工程师推行扭曲阐扬,并提供反馈歇。”仿真事迹现在曾经成为 MTC 事迹经过中弗成或缺的一个体,大幅晋升了物理修模团队和摆设团队之间的沟通结果。这一新的机谋彻底转变了零件的调理流程。

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