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)力及變形量實施計算的模擬工具“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，出現(xiàn)大幅變形。這些變形的原因出在制造造型時產(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算時間。

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)驗與在美國MSC Software公司開發(fā)加工模擬工具“Simufact”的團(tuán)隊做了交流，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 ，