設(shè)計(jì)仿真 | AM STUDIO 增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備解決方案
引 言
增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是指零件從三維數(shù)字模型到實(shí)際打印前的一系列工藝設(shè)計(jì)。相較于機(jī)械加工這一減材制造技術(shù)，增材制造的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不僅需要確定零件在平臺(tái)的定位以及路徑規(guī)劃，還需要?jiǎng)?chuàng)建打印平臺(tái)、設(shè)計(jì)支撐、多件排版、切片填充，必要時(shí)，還會(huì)對(duì)成形過程進(jìn)行仿真。
增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要內(nèi)容
增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備方案
AM STUDIO
?？怂箍翟霾闹圃鞌?shù)據(jù)準(zhǔn)備的工藝流程
打印平臺(tái)搭建
AM STUDIO
增材制造數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是跟設(shè)備有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)的材料加工工藝，設(shè)備的成形艙空間決定了可加工零件的最大尺寸及數(shù)量，激光數(shù)量會(huì)影響成形效率。在“開始”步驟，AM STUDIO需要用戶選擇或自定義所使用的打印機(jī)型號(hào)。AM STUDIO系統(tǒng)內(nèi)集成了數(shù)家設(shè)備商的部分型號(hào)設(shè)備，可以直接選擇應(yīng)用，未集成的設(shè)備支持用戶自定義。
AM STUDIO自定義設(shè)備參數(shù)設(shè)置
零件定向功能
AM STUDIO
打印平臺(tái)確定后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至第2步—“定向”，此時(shí)可導(dǎo)入一個(gè)或多個(gè)stl格式零件，并完成零件在基板上的定向。由于無支撐或少支撐技術(shù)的應(yīng)用普及程度低，通常零件上與水平面夾角＜45°的“懸空特征”均需要添加支撐輔助成形，合理的擺放應(yīng)盡量減少懸空特征，從而減少支撐量，以節(jié)省材料和后處理成本。
無支撐與少支撐技術(shù)
打印效率也是定向需要考慮的因素之一，對(duì)于一個(gè)長方體，不管橫豎擺放，由于體積不變，激光實(shí)際掃描的時(shí)間都一樣，不同之處在于因?qū)訑?shù)導(dǎo)致的鋪粉時(shí)間差異，從而導(dǎo)致兩個(gè)定向方案的加工效率不同，一般情況下，層數(shù)越少，打印越快。
零件在XY平面的橫截面積越大且越厚，層內(nèi)以及層間的應(yīng)力越集中，零件發(fā)生變形、翹曲、開裂的風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大，因此定向也需考慮零件的變形情況，盡管可以通過后序的強(qiáng)化支撐、變形補(bǔ)償?shù)裙に囶A(yù)防（可借助于Simufact Additive鋪粉增材工藝仿真軟件虛擬驗(yàn)證支撐方案以及變形補(bǔ)償自動(dòng)優(yōu)化解決變形問題），但是前期的合理定向也是很重要的防變形措施。
對(duì)于批量零件打印，為了在一次打印任務(wù)中成形更多零件，就會(huì)關(guān)注單個(gè)零件在基板的投影面積，投影面積越小，一次就能擺放更多的零件，從而降低單件成本。
除了以上4點(diǎn)，定向時(shí)也需考慮打印件的表面質(zhì)量。由于增材制造具有逐層堆疊加工原理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段需將3維模型通過切片轉(zhuǎn)化為2維片層數(shù)據(jù)，而層間距不是無限小的，因此層間會(huì)因切片厚度導(dǎo)致部分細(xì)節(jié)缺失，對(duì)于豎直結(jié)構(gòu)特征，這種缺失還不太明顯，但對(duì)于傾斜打印的結(jié)構(gòu)，臺(tái)階效應(yīng)就比較凸顯，從而造成較差的表面質(zhì)量。
AM STUDIO通過定向圖功能，綜合考慮以上5個(gè)因素，能夠方便快捷地實(shí)現(xiàn)零件的最優(yōu)定向。除此之外，也可以通過面朝下，手動(dòng)平移與手動(dòng)旋轉(zhuǎn)等命令進(jìn)行手動(dòng)定向。
AM STUDIO案例—定向圖
支撐設(shè)計(jì)功能
AM STUDIO
零件在基板上的定向完成后，進(jìn)入第3步—“支撐”，AM STUDIO中生成支撐的過程是比較智能的。首先，按照定向方案及懸垂角度，軟件可以判斷并標(biāo)記出零件上的所有的支撐區(qū)域，并且將各個(gè)支撐區(qū)域以表格形式羅列，支撐區(qū)域按類型可以分為懸垂面和懸垂線。
AM STUDIO支撐界面及支撐區(qū)域列表
工藝人員也可以通過經(jīng)驗(yàn)對(duì)支撐區(qū)域進(jìn)行編輯，下表是AM STUDIO可以執(zhí)行的操作。
AM STUDIO有5種支撐類型：
1）桿支撐，有7種截面形狀，適合自由曲面；
2）塊支撐，適合距離基板較近的懸垂面；
3）自適應(yīng)胞元支撐，適合距離基板較遠(yuǎn)的懸垂面；
4）線支撐，適合懸垂線；
5）樹支撐，適合自由曲面。
從左到右依次為：桿支撐、塊支撐、自適應(yīng)胞元支撐、線支撐、樹支撐
以上類型支撐，除了桿支撐有兩種是實(shí)體，其余都是片體。AM STUDIO的片體支撐結(jié)構(gòu)不僅具有節(jié)材和省時(shí)的優(yōu)勢(shì)，而且?guī)缀畏€(wěn)定性好。
桿支撐的7種形態(tài)
AM STUDIO案例—?jiǎng)?chuàng)建支撐
排版打印功能
AM STUDIO
AM STUDIO在第4步—“排版”的類型有手動(dòng)排版和自動(dòng)排版兩種，手動(dòng)排版僅限于單個(gè)零件排版，需設(shè)置X向和Y向的零件數(shù)量和間距；自動(dòng)排版應(yīng)用更廣泛，可以用于多種零件的排版，僅需輸入各零件數(shù)量，算法將調(diào)整零件Z向角度，按照最大滿版率排版，對(duì)于因零件數(shù)量過多而超出基板的情況，軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)提示。
AM STUDIO手動(dòng)排版
成形仿真功能
AM STUDIO
由于增材制造過程中熱應(yīng)力較大，打印件會(huì)發(fā)生不同程度變形，造成零件尺寸超差，一般采用的控形方法有：1）通過變形仿真，得知變形區(qū)域，對(duì)其添加或強(qiáng)化支撐，加強(qiáng)約束；2）通過變形仿真，對(duì)變形區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償優(yōu)化；3）優(yōu)化掃描策略，降低易變形區(qū)域的熱輸入。AM STUDIO內(nèi)嵌了Simufact Additive的成形仿真功能，能夠預(yù)測(cè)打印變形風(fēng)險(xiǎn)并做反變形補(bǔ)償。具體流程是：校核—網(wǎng)格劃分—成形仿真—變形補(bǔ)償。
AM STUDIO案例—網(wǎng)格劃分
AM STUDIO案例—成形仿真
切片填充功能
AM STUDIO
獲得變形補(bǔ)償模型后，可以進(jìn)行切片與填充，目前各品牌打印設(shè)備所能讀取的打印文件數(shù)據(jù)格式各不相同。大部分廠商有自定義的數(shù)據(jù)格式，如SLM Solution的數(shù)據(jù)格式為.slm，Eplus 3D的數(shù)據(jù)格式為.epi；也有一些設(shè)備商與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件合作，其設(shè)備支持的打印文件格式與軟件的導(dǎo)出格式一致，如.job/.vbf等；另有個(gè)別廠商的設(shè)備內(nèi)部集成填充軟件，僅需導(dǎo)入.cli/.slc等切片文件，再由設(shè)備端完成路徑規(guī)劃。
AM STUDIO具有切片和切片填充兩種加工策略。切片格式為.cli，填充格式與第一步選擇的設(shè)備相關(guān)，若選擇的是軟件內(nèi)集成的廠商設(shè)備，則生成的打印文件數(shù)據(jù)格式為廠商自定義的格式，這些打印文件不需解析即可上機(jī)打?。蝗暨x擇的是自定義設(shè)備，則生成的打印文件為AM STUDIO開發(fā)的.clix格式，其為壓縮文件，解壓后為兩個(gè).cli文件和一個(gè).clip文件，.cli文件分別是零件（有可能包含實(shí)體支撐）和（片體）支撐的路徑規(guī)劃文件，.clip文件為激光參數(shù)文件。
.clix格式需設(shè)備商完成解析，才能被設(shè)備讀取和識(shí)別。目前有數(shù)家設(shè)備商已完成.clix格式的解析，這樣不僅搭建了軟件與打印設(shè)備之間的橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的一站式解決，也極大增加了用戶搭建打印平臺(tái)的自由度。
路徑預(yù)覽功能
AM STUDIO
AM STUDIO生成的路徑可以在第6步“查看器”中預(yù)覽。在這里可以逐層預(yù)覽當(dāng)前層的掃描路徑，不同類型掃描線以不同顏色矢量線條顯示。
AM STUDIO案例—路徑預(yù)覽
（?？怂箍倒I(yè)軟件）
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