基於模擬的金屬3D列印預處理軟體問世

的確，3D列印要進入產業化領域，如何生產出一致的產品來一直是困擾金屬列印的難題，當前解決這一難題的方法不外乎在加工前通過參數設置來控制，以及在加工中通過監測來控制。

要在加工前通過參數設置來控制，就需要基於模擬的軟體，這樣的軟體設計基礎是通過對海量的不同材料和加工參數在加工過程中的分析，了解材料和加工參數的組合對零件哪些方面有較大的影響，確定材料特性、激光功率、加工工藝、熔池寬度以及深度之間的關係，通過精確地模擬熔池寬度和深度，預測零件的變形、表面粗糙度、精度和孔隙率等情況。

在這方面，德國的創業公司Additive Works開發了基於模擬的金屬增材製造預處理軟體-Amphyon，Amphyon的作用是幫助金屬增材製造商能夠預測和避免零件在3D列印過程中發生變形。

來源：3ders

ASAP四部曲

怎樣在加工前就製造3D列印出來的產品的殘餘應力、變形情況和零件的密度？這在以前的確是很難預測的。

Additive Works位於德國的不來梅市，很多員工來自不來梅大學，Additive Works聲稱Amphyon可以消除許多與金屬3D列印相關的常見問題，包括裂紋、表面質量差、密度不足等問題。而Amphyon還有著自己的四部曲「ASAP",其具體的四個階段如下：

評估

第一階段是一個基於計算機CAD建模的評估，Amphyon通過計算各種構建方向將會達到的變形程度、後處理的要求、支撐物的體積等情況，為製造商提供評估設計和成本的可行性。這個過程允許用戶手動或自動調整零件的構建方向。

來源：3ders

模擬

第二個步驟是一個快速模擬的過程，包括應力和扭曲變形的模擬，這是一個定製的求解器，專為增材製造設計，GPU並行化，從而提高零件性能和精度。而模擬的結果使得設計為了抵消零件的變形，可以在設計初期就反方向設計一個看似變形的效果，以變形來對抗變形。

來源：3ders

調整

第三階段涉及到適應的過程，用戶可以進行快速的幾何分析，通過軟體的「燒結保護」模塊，該模塊可用於避免在列印過程中的過熱問題，並防止額外的金屬粉末顆粒不必要的粘附。此外，該軟體的「應力保護」模塊可以用來模擬信息載體，減少在列印過程中的應力和變形，最終帶來減少列印失真並且增加部分穩定性。

來源：3ders

列印最後一個過程就是3D列印了，用戶通過評估、模擬和調整的階段後，就可以通過金屬印表機來製造出更高穩定性和減少變形發生的零件了。

來源：3ders

Amphyon沿襲了德國人的嚴謹做派，該軟體還處於局部試用階段，直到2017年1月才會正式推進市場。

3D科學谷REVIEW

在大多數工業市場，都是在零件生產完成後通過坐標測量機（三坐標測量機）來檢查機械特徵，以及通過X射線來檢查內部缺陷，CT掃描來尋找深層次的缺陷。然而，對於粉末床3D列印工藝來說，零件在構建的過程中有50多種因素會對零件的質量發生影響，等生產出來再發現缺陷無疑對於生產商來說太遲了。

過程中控制：業界最常用的質量控制方法是過程中控制，最為典型的是Sigma Labs通過對加工過程進行數字圖像的多片拍攝，計算機將這些圖像與設計模型的切片進行比較。如果計算機識別的是該片剛剛列印出的圖像與設計切片有差異，則該層是缺陷發生可疑層。如果與幾何切片的差異是顯著的，那麼就可以通過程序指令讓印表機停止。如果與模型切片的幾何差異不顯著，3D印表機可以繼續工作，但向操作者發送一個可疑信息警告消息，這樣在列印完成後的質量檢測過程中作為考察對象。

過程前控制：而要在過程前控制列印質量，就需要通過模擬的能力。就3D科學谷所了解到的市場信息，在這方面除了Amphyon還有一家3DSIM，3DSIM的軟體通過模擬可以調整工藝參數，以及更換新的粉末，通過軟體確定掃描策略以及選擇粉末。模擬軟體將預測這些改變對零件性能的影響。通過3DSIM，一旦零件的幾何形狀被建模，模擬軟體可以用來預測有代表性的激光掃描路徑。模擬得到激光及其與材料的相互作用模型。該模型提供了材料在激光作用下從粉末變成液態再到凝固的科學描繪，模型模擬了粉末在粉末床上被加熱、能量的爆破、熔化和快速冷卻凝固過程，每一層的構建由此類推。

我們有理由樂觀的相信，通過過程前和過程中的控制，這些技術手段將使得粉末床金屬3D列印技術在產業化的進程中走得更遠。

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