金屬3D打印機(jī)造型物的殘留應(yīng)力及變形量分析工具

日本MSC Software公司（以下簡稱MSC,，總部：東京）宣布,，正在開發(fā)對金屬3D打印機(jī)的造型物殘留應(yīng)力及變形量實(shí)施計(jì)算的模擬工具“Simufact AM（暫稱）”,。其對象是利用激光光束使金屬粉末熔融和凝固（粉末床方式）的3D打印機(jī)。該模擬工具最早有望在2016年內(nèi)推出產(chǎn)品,。

△金屬3D打印機(jī)的造型模擬示例,，圖中顯示的是去除支撐部之前的應(yīng)力分布。

金屬3D打印機(jī)造型中途失敗的原因大多源于兩方面,，一是已經(jīng)造型好的部分變形,、隆起，導(dǎo)致沒有足夠的空隙來進(jìn)行新一層的造型,，另一個(gè)是造型物與提供金屬粉末的機(jī)械產(chǎn)生相互干擾,。在造型結(jié)束后，在去除支撐部或加工造型物時(shí),，出現(xiàn)大幅變形,。這些變形的原因出在制造造型時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變上。正在開發(fā)中的軟件可根據(jù)材料,、作為熱源的激光器功率輸出,，以及掃描方式等計(jì)算出這些應(yīng)變。

金屬粉末在激光光束作用下的熔融和凝固是極為局部且瞬間發(fā)生的現(xiàn)象,。比如,，在半徑數(shù)十μm×深100μm以內(nèi)的狹小區(qū)域內(nèi)，溫度以毫秒為單位短時(shí)間內(nèi)上升至熔融以上,，并在0.1秒后下降至100℃以下,。MSC從大約1年前開始開發(fā)相關(guān)算法，以造型物的整個(gè)形狀作為對象,，將伴隨上述現(xiàn)象產(chǎn)生的應(yīng)變累積起來,，就此來計(jì)算出殘留應(yīng)力及變形量。較之使熱分析與構(gòu)造分析聯(lián)動的方法,，這種方法只需要更短的計(jì)算時(shí)間,。

MSC已制作出了在非線性結(jié)構(gòu)分析工具“Marc”的基礎(chǔ)上配備上述算法的試制軟件，還把由此獲得的經(jīng)驗(yàn)與在美國MSC Software公司開發(fā)加工模擬工具“Simufact”的團(tuán)隊(duì)做了交流,，目前雙方正在共同推進(jìn)開發(fā),。

金属打印温度控制最关键，就像激光焊接一样，温度低就没有变形量 ，