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3D打印要革CAE的命?

2016/4/13    来源:e-works    作者:e-works郝秋红      
关键字:CAE  3D打印  
3D打印技术最大地解放了想象力,同时可以快速试制,从而缩短新产品研发周期,降低成本。一句“随着3D打印技术的不断提高,以3D打印代替CAE分析的案例越来越多”引起广大CAE爱好者的恐慌,3D打印会革CAE的命吗?

    日本矢野经济研究所(总部:东京)2015年11月17日公布了CAD/CAM/CAE市场的相关调查结果。文中提到:“此次调查对3D打印机试制情况的增加十分关注,由于3D打印机的性能提高,因此以3D打印来代替CAE分析的案例越来越多。因此,预计这种情况将会对CAD/CAM/CAE市场带来长期影响。”这篇文章不禁让我们广大CAE爱好者产生疑问:“3D打印会超越CAE吗?会取代吗?”

    3D打印(增材制造)的优势是独一无二的。以往,设计师往往要向工厂的大批量生产妥协,受材料、强度、脱模等要求限制,导致同质化的产品外形和结构。3D打印则能保证从手绘草图到电脑上的高精度曲面建模,再到最终成品的连贯,制造微米级甚至纳米级的精确造型,更接近于所见即所得。所以3D打印被堪称为制造工艺的颠覆性创新,为传统机械制造业转型升级提供了革命性的技术服务。借助3D打印技术,好创意可以短时间里变为现实,“中国智造”从“敢想不敢做”的时代步入“敢想敢做”的时代。从制造工艺的角度讲,3D打印是对关键零部件和基础件新产品开发的一种颠覆性创新,将大大提升企业技术创新效率,加快转型升级步伐,这对制造业的创新发展来说无疑是一大“福音”。

    尽管3D打印技术给制造业带来了创新,但目前仍有一些技术瓶颈没有解决。笔者认为,3D打印不能取代CAE,相反我们应该找到两项技术的融合点,如在3D打印前对打印的产品进行CAE分析,同样也可以降低开发周期,降低成本,岂不“锦上添花”。因为无论是打印假肢,或者打印汽车零部件,存在的重大挑战是增材制造过程中的可靠性和可预测性,这些障碍也给产品的质量认证带来制约,并限制了3D打印扩展到更广阔的工业领域。“如何通过仿真模拟来获得可靠的设计?”,“仿真模拟如何增强增材制造设计的稳定性?我们能不能第一次就打印出想要的产品?”是企业需要面临的一大挑战。

    目前3D打印与CAE技术融合应用比较成功的案例就是产品的轻量化设计,CAE仿真技术使得设计师可以更轻松地获得更“靠谱”的设计作品。

    英国著名增材制造厂商雷尼绍(Renishaw)与自行车厂商Empire Cycles合作,设计并制造了世界首辆全3D打印自行车。在这个项目中,自行车的车座杆部分使用了CAE技术进行拓扑优化,优化结果经过重新设计后以钛合金材质打印出来,相较原始坐杆质量降低45%。

图/拓扑优化辅助设计3D打印自行车坐杆

图/拓扑优化辅助设计3D打印自行车坐杆(案例来源:Altair)

    在瑞士知名跨国集团RUAG的卫星支架设计项目中,同时使用了CAE仿真技术,优化找到最优支架结构,最终该支架结构由金属3D打印实现,并成功送入太空。

图/CAE辅助设计3D打印卫星支架

图/CAE辅助设计3D打印卫星支架(案例来源:Altair)

    荷兰的一家三维制造工厂使用CAE仿真和三维打印技术进行产品设计,他们利用拓扑优化仿真技术在原形机上减重,同时满足所有产品的设计规范,完毕后直接进行三维打印,打印之后进行热处理,最后的零件减重达到70%。

    在3D打印中,仿真在不同的环节都可以发生作用。如:预测材料的微观结构,优化生产工艺以及优化关键部位的性能表现,还可以为增材制造的部件材料的疲劳寿命提供评估,使得从设计阶段就开启零件的完整生命周期的有效把控。

    综上,CAE技术与3D打印相结合可以形成一个优质的设计流程,帮助设计人员考虑传统设计方法中无法涉及或很难解决的问题,共同保证新产品的各项性能。那么“中国智造”就会步入“敢想敢做且做得对”的时代。

相关链接:

    3D打印机将超越CAE?

    solidThinking对接3D打印,引领全新产品设计流程

责任编辑:郝秋红
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