Trang chủ
Xu thế Công nghệ
Đảm bảo thành công sản xuất bồi đắp

Đảm bảo thành công sản xuất bồi đắp

2019-09-16 ---

Khi các nhà thiết kế nắm lấy thế giới mới đầy thú vị của sản xuất bồi đắp (in 3D), họ không chỉ phải chinh phục những thách thức mới của thiết kế sáng tạo mà còn đảm bảo rằng bộ phận sẽ được in chính xác trong quá trình sản xuất. Cách duy nhất để làm điều này đáng tin cậy là tận dụng các công cụ chuyên dụng cho sản xuất đắp dần.

Thực hiện sơ sài thậm chí có thể giết chết những ý tưởng lớn nhất.

Khi sản xuất bồi đắp trở thành quy trình sản xuất thương mại, sẽ như những thứ khoa học viễn tưởng trở thành hiện thực.

Cho ra thực tế các hình dạng cơ quan cơ thể sống mà trước đây không thể sản xuất, sử dụng vật liệu mới triệt để với các đặc tính chưa từng thấy và vận chuyển một cỗ máy và một số bột kim loại đến các nơi xa xôi trên thế giới (hoặc thậm chí cả vũ trụ) để sản xuất tất cả các loại chi tiết phức tạp theo yêu cầu là những hứa hẹn của in 3D.

Thách thức để in 3D thành công

Tuy nhiên vẫn tồn tại những thách thức. Trước khi chúng tôi gửi một máy in 3D vào không gian để giúp xây dựng cơ sở hạ tầng để đổ bộ sao Hỏa, một vấn đề lớn cần được giải quyết. Các chi tiết bị biến dạng khi in. Cụ thể, trong quá trình xử lý kim loại in 3D ở tầng bột, nhiệt độ dao động khi kim loại tương đối mát đột nhiên bị bắn bởi tia laser sau đó là thời gian nguội dần tương đối nhanh, trước khi bị bắn lại qua một lớp bột mới. Điều này gây ra tích tụ các ứng suất nhiệt, có thể làm cho các bộ phận biến dạng, kéo tấm nền hoặc thậm chí phát nổ bên trong máy in kim loại đắt tiền.

Thiết kế cho sản xuất bồi đắp, DfAM, là một lĩnh vực mới đang rất hấp dẫn các nhà thiết kế. Thông qua các công cụ khám phá thiết kế và tối ưu hóa cấu trúc liên kết, quá trình thiết kế kỹ thuật đang trở nên tách rời khỏi các hình cầu và hình khối CAD truyền thống.

Với những tiềm năng của công nghệ in 3D, khả năng sáng tạo của các nhà thiết kế sẽ được giải phóng nhằm tối ưu sử dụng các cấu trúc hình học mà trước đây khó có thể được tạo ra, ví dụ như uốn nắn các cành cây hay thậm chí là cả các tĩnh mạch trên cánh của một con bướm. Những cấu trúc này hiện đang được sử dụng để tạo ra các bộ trao đổi nhiệt trong các tàu không gian hay khung ô tô..

Tuy nhiên, sự tăng trưởng nhanh chóng này đặt ra nhiều vấn đề hơn là lời giải đáp. Khi những nhà thiết kế tò mò, bị lôi cuốn bởi những hứa hẹn từ in 3D, được truyền cảm hứng để tạo ra những thiết kế mới tuyệt vời với các kênh hữu cơ và đa phức tạp, nhiều người không nhận ra rằng những ý tưởng tuyệt vời của họ có thể thông qua sự phức tạp của chính quá trình in 3D, buộc họ phải thiết kế lại các bộ phận nhiều lần để in các bộ phận phù hợp với đặc điểm kỹ thuật.

Vậy làm thế nào để các nhà thiết kế tránh được số phận khi các thiết kế tuyệt vời của họ bị phá hủy trong quá trình sản xuất đắp dần? Câu trả lời là mô phỏng kỹ thuật.

Nếu một nhà thiết kế đang tạo ra một sản phẩm để sản xuất bồi đắp có quyền truy cập vào các công cụ mô phỏng cho phép anh ta/cô ta hình dung xem phần đó có thực sự in chính xác hay không, trước khi nó được gửi để sản xuất, nhà thiết kế sẽ kiểm soát thiết kế của mình và thực hiện chắc chắn thiết kế vẫn đúng với hình thức của nó ngay cả trong quá trình in.

ANSYS Additive Print tính toán chuyển vị cho bộ trao đổi nhiệt. Courtesy Additive Industries

Mô phỏng kĩ thuật sản xuất bồi đắp

Bởi vì mỗi kỹ sư làm việc khác nhau và muốn các công cụ phù hợp với quy trình làm việc của họ, ANSYS cung cấp một số giải pháp cho sản xuất bồi đắp có tính đến các yêu cầu khác nhau.

Additive Print , một giải pháp độc lập, được tạo ra với các nhà thiết kế DfAM và các nhà khai thác máy in. Công cụ mô phỏng máng bột kim loại từng lớp Additive Print là chìa khóa để loại bỏ các bản dựng không thành công và sự thử nghiệm và lỗi, và dễ dàng được tích hợp vào quy trình làm việc của các nhà thiết kế và nhà điều hành máy in.

Trong khi nền tảng của bộ giải là sự tinh vi, giao diện người dùng không phức tạp. Nhà thiết kế có thể nhập tệp CAD hoặc của họ vào Additive Print, chạy mô phỏng nhanh hơn in một phần cụ thể, hiển thị những gì sẽ xảy ra với thiết kế của họ trong quá trình in và điều chỉnh các hỗ trợ hoặc thiết kế của họ cho phù hợp.

Cũng giống như Additive Print, ANSYS Workbench Additive cũng mô phỏng quy trình in nền bột kim loại nhưng trong môi trường Workbench quen thuộc. Nó giúp người dùng loại bỏ các bản dựng thất bại và hiển thị biến dạng và ứng suất nhiệt trong quá trình in. Nhưng không giống như Additive Print, Workbench Additive được tạo ra cho các nhà phân tích kỹ thuật để họ có thể bảo toàn môi trường ANSYS Workbench trong toàn bộ quá trình mô phỏng.

"Sản xuất bồi đắp đang mở ra cánh cửa cho trí tưởng tượng của cả nhà thiết kế và nhà phân tích."

Nó hoạt động như thế nào

Ví dụ, một kỹ sư hàng không vũ trụ có thể nhập một hình dạng CAD phức tạp, bao gồm hàng ngàn bộ phận, vào Workbench, sau đó đơn giản hình học bằng cách áp dụng ANSYS SpaceClaim và thiết lập một tệp phân tích đầy đủ, cho cả một phần hoặc toàn bộ tổ hợp. Sau đó, kỹ sư có thể chạy mô phỏng truyền nhiệt theo thời gian (full transient), phân tích toàn bộ kết cấu và/hoặc nhiệt để xác định loại thay đổi hình học nào là cần thiết, tất cả trong Workbench.

Ví dụ họ có thể chạy một phân tích để xem làm thế nào các biến thể hình học có thể ảnh hưởng đến sụt áp. Kỹ sư cũng có thể chạy phân tích tối ưu hóa cấu trúc liên kết hoặc mạng lưới, sau đó chạy lại bất kỳ phân tích kết cấu, hoặc dao động riêng (Modal) - tất cả không cần rời khỏi ANSYS Workbench.

Khi kỹ sư xác định rằng phần đó sẽ hoạt động khi cần thiết, họ có thể chạy Workbench Additive để xác định phần đó sẽ in như thế nào. Có sự ứng suất nhiệt không? Có biến dạng không? Các bộ phận hỗ trợ nên được điều chỉnh hay bộ phận phải được thiết kế lại và phân phối lại? Sau khi mô phỏng in, hậu xử lý như loại bỏ khỏi tấm đế và xử lý nhiệt cũng có thể được mô phỏng - tất cả bên trong ANSYS Mechanical . ANSYS Workbench cho phép các kỹ sư thực hiện phân tích độ bền mỏi để xem liệu bộ phận hoặc lắp ráp (dù được in hoặc sản xuất theo truyền thống) sẽ giữ được sự hao mòn và thực hiện nhiều quy trình tối ưu hóa.

Sản xuất bồi đắp đang mở ra cánh cửa của trí tưởng tượng cho cả nhà thiết kế và nhà phân tích. Nhiều ý tưởng thiết kế ly kỳ sẽ đi vào cuộc sống trong những năm tới. Mô phỏng sẽ đảm bảo rằng những ý tưởng đó có thể tồn tại trước những thách thức của quy trình sản xuất bồi đắp để chúng có thể đi vào cuộc sống.