增材制造 (AM) 或“3D打印”技術(shù)帶來的設(shè)計自由 是推動尖端產(chǎn)品創(chuàng)新的重要因素。作為數(shù)字化制造革命 的一部分,AM能夠從根本上簡化復(fù)雜零件的生產(chǎn)過程 — 它可提高零件性能、減輕不必要的零件重量,并最大 程度對零件組成進行精簡。
然而,為了充分利用AM的獨特功能,必須對相應(yīng) 的軟件工具進行優(yōu)化,以滿足“增材制造設(shè)計”(DfAM) 指導(dǎo)原則提出的新要求。作為一家全球領(lǐng)先的3D設(shè)計軟 件、3D數(shù)字模擬和產(chǎn)品生命周期管理 (PLM) 解決方案 供應(yīng)商,Dassault Systèmes與雷尼紹攜手合作,共同 簡化3DEXPERIENCE®平臺,以此致力于為用戶提供完 美無缺的端到端AM設(shè)計體驗。
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2019-1-23 11:34 上傳
背景
3DEXPERIENCE平臺包含一整套3D軟件,支持從 產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、模擬到可靠性分析的完整生產(chǎn)周期。用戶可在本地或云端使用該平臺,并通過統(tǒng)一的用 戶界面訪問所有功能,這使得企業(yè)能夠打造協(xié)作型產(chǎn)品 創(chuàng)新流程,從而令團隊工作變得更簡單、更高效。
拓撲優(yōu)化是3D零件制造過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié), 它可確保零件特定位置的材料利用率得到充分優(yōu)化。 Dassault Systèmes用于衍生設(shè)計的CATIA軟件可依托 3DEXPERIENCE平臺提供產(chǎn)品建模功能。
此外,用戶還可利用Dassault Systèmes提供的 DELMIA軟件在模擬生產(chǎn)環(huán)境中設(shè)計和測試產(chǎn)品。值得 一提的是,該軟件還允許用戶在其中設(shè)定產(chǎn)品加工參數(shù) 并生成AM系統(tǒng)的激光(掃描)路徑。而對整個AM加工過程的模擬,包括完整的產(chǎn)品應(yīng) 力分析和變形預(yù)測,則可在3DEXPERIENCE平臺的模擬 軟件中完成。
在與Dassault Systèmes緊密合作的過程中,雷尼紹 使用了各種最新的精密制造與測量產(chǎn)品,其中包括采用 激光粉末床熔化技術(shù)的雷尼紹旗艦產(chǎn)品RenAM 500M金 屬增材制造系統(tǒng)、QuantAM加工文件處理軟件、機床測 頭測量系統(tǒng)、EquatorTM比對儀以及配有REVO五軸測量 系統(tǒng)的坐標測量機。
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2019-1-23 11:33 上傳
圖1:CATIA中的Bleu Car概念車鉸鏈零件
雷尼紹貢獻了其在加工工藝表征、設(shè)計驗證及切 削式加工自動制程控制等方面的技術(shù)優(yōu)勢。所有這些成 果,結(jié)合3DEXPERIENCE平臺的一整套軟件,為用戶提 供了無縫集成AM工藝的端到端制造解決方案。
挑戰(zhàn)
Dassault Systèmes和雷尼紹工程師面臨的首要挑 戰(zhàn)是如何使其各自的虛擬和真實生產(chǎn)環(huán)境實現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng) 一,其中不僅涵蓋3D設(shè)計、測試和分析軟件,也涵蓋金 屬3D打印設(shè)備等硬件。3DEXPERIENCE平臺內(nèi)軟件的 開發(fā)需要遵守現(xiàn)實世界的AM加工規(guī)則。
雙方合作的目的就是要盡可能使AM的設(shè)計和制 造流程更加合理化 — 讓用戶得以摒棄成本高昂且陳舊 的“設(shè)計 - 加工 - 測試”方法,轉(zhuǎn)而使用新的“一次成 功”加工方法。
更具體地說,合作的最終目標是取消將原始CAD 源文件導(dǎo)出為通用 .STL三角形網(wǎng)格文件這一步驟 — 這 種 .STL格式的導(dǎo)出文件長期以來被證明是引入制造誤 差,繼而導(dǎo)致后續(xù)版本產(chǎn)品質(zhì)控水平變差的主要原因之 一。
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2019-1-23 11:33 上傳
圖2:QuantAM加工文件處理軟件中的Bleu Car概念車鉸鏈零件
解決方案
創(chuàng)新3D設(shè)計在汽車制造領(lǐng)域方興未艾,以此為契 機,雙方這一旨在增強AM工藝鏈內(nèi)各類軟件功能的合 作圍繞Dassault Systèmes的概念車Bleu展開 — 具體為 設(shè)計和制造車上一個頗具未來設(shè)計感的車門鉸鏈。
該鉸鏈是一個復(fù)雜的輕型雙叉臂形零件。這一零件 的設(shè)計和制造過程為Dassault Systèmes和雷尼紹工程 師的軟件開發(fā)合作提供了實物基礎(chǔ);雙方在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、 多材料設(shè)計和零件集成等方面展開了深入研究。
工程師們在3DEXPERIENCE平臺中工作,使用 CATIA衍生設(shè)計軟件完成了全新的3D鉸鏈設(shè)計。在輸出 到RenAM 500M系統(tǒng)之前,由DELMIA軟件生成的相關(guān) 激光掃描路徑首先被導(dǎo)入到QuantAM軟件中進行額外 處理。
在完成鉸鏈設(shè)計調(diào)整、模擬、打印和精度檢測 的一系列閉環(huán)迭代過程之后,雙方確定了需要集成到 3DEXPERIENCE平臺內(nèi)的各類軟件中、以確保實現(xiàn)最佳 3D設(shè)計和打印效果的特定AM加工規(guī)則。
雷尼紹為其提供給Dassault Systèmes的QuantAM 軟件開發(fā)了一個應(yīng)用程序接口 (API),用于集成到DELMIA 軟件內(nèi),以生成“一次成功”的3D打印激光掃描路徑。
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圖3:在一臺雷尼紹EquatorTM比對儀上測量Bleu Car概念車鉸 鏈零件
結(jié)果
作為Dassault Systèmes與雷尼紹合作的直接成果 之一,3DEXPERIENCE平臺用戶現(xiàn)已能夠在本地CAD 環(huán)境中直接將數(shù)據(jù)輸出到全系列雷尼紹AM系統(tǒng)進行打 印,而不再需要首先將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出到外部系統(tǒng)進行額 外的后處理。
功能增強的CATIA、SIMULIA和DELMIA軟件意味 著,現(xiàn)在不僅可針對雷尼紹AM系統(tǒng)的規(guī)格特性,還可 針對產(chǎn)品本身的最終性能,對創(chuàng)新3D產(chǎn)品設(shè)計進行更為 智能的優(yōu)化。因此,用戶從一開始就能更精確地生產(chǎn)零 件,從而縮短交付周期并節(jié)省材料成本。
雙方合作的關(guān)注點是3D設(shè)計軟件的開發(fā),并以 “Bleu Car”概念車的車門鉸鏈作為研究的現(xiàn)實載體,最 終生產(chǎn)出的高性能鉸鏈零件進一步證明了借助3D設(shè)計和 打印方法,用戶可以獲得更多的現(xiàn)實收益。
圖1和圖2醒目地展示了零件設(shè)計的演化過程,即 從原始的CATIA產(chǎn)品設(shè)計,到QuantAM中生成的最終產(chǎn) 品的激光掃描路徑。圖3和圖4展示了加工完成的鋁材打 印零件。
在本案例中,原始零件體積和優(yōu)化后的零件體積幾 乎相同,所有支撐結(jié)構(gòu)在鉸鏈設(shè)計階段就已移除,因此 可得到更美觀、更可靠且更具流線型的汽車零件產(chǎn)品。
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圖4:RenAM 500M加工艙中的Bleu Car概念車鉸鏈零件
Dassault Systèmes的SIMULIA增材制造與材料部 門主管Subham Sett評價道:“與雷尼紹有相同的理 念,Dassault Systèmes也致力于提供解決方案,以更 為輕松地將3D設(shè)計與打印技術(shù)集成到各種類型的生
產(chǎn)環(huán)境中。這一共同目標對合作成功起到了關(guān)鍵的作 用。Dassault Systèmes提供的功能性衍生設(shè)計軟件和滿 足物理規(guī)律要求的制造模擬軟件是金屬3D打印工藝鏈的 重要組成部分。”
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