3D打印激發鑄造業活力 仿真將高性能推向極限
“與3D打印相比，鑄造業算得上是一個“古老”的行業，然而，當3D打印與仿真軟件結合，卻將這一行業帶來了新生。本期，我們通過分享鑄造行業車輪鋁合金輪架的建模與3D打印案例，來共同領略軟件與3D打印是如何將創新靈感注入鑄造業…”
Altair的solidThinking Inspire, Click2Cast與HBM nCode、Voxeljet合作，為模具生產帶來了極其可觀的性能提升，并為小批量生產甚至是規模化生產打開了潛力之門。通過將設計仿真優化、疲勞分析、鑄造仿真和3D打印技術結合來滿足輕量化設計的挑戰，使得提高效率與性能的創新設計成為可能。
為了充分挖掘3D打印技術的潛能，本案例通過一個鋁合金組件（輪架）造型的重構過程，解析仿真優化技術在其中的重要作用。結果令人欣喜：新設計在質量幾乎與原來相同的情況下，產品性能（剛度）大幅提升，并擁有可制造性和更好的耐久性。
要知道車輪的承載組件在外力作用下會有偏移和變形的現象，直接影響整個車輛懸掛系統的性能，因此剛度的提升異常關鍵。另外，在原來的設計中，結構設計常常需要向制造工藝妥協，而現在設計人員可以將性能作為首要考慮的目標，即使設計結果非常復雜，也可以輕松使用3D打印技術實現。
Altair Inspire的拓撲學優化
Inspire基于Altair的OptiStruct優化求解器，應用于概念階段，以仿真驅動結構設計。在設計初始，設計人員可對模型施加最為嚴苛的工況，例如硬制動、最大轉彎、駕車顛簸等。運行優化過程中，還可以考慮制造約束的影響。運行優化后，將結果與原始設計相比，重量幾乎一樣，但其性能卻有顯著提升：在同樣的載荷工況下，剛度提升了3-5倍。
nCode Designlife的疲勞分析
不僅僅是最大負載，零件的整個運行周期的抗疲勞破壞也是零件性能的關鍵考量因素。通過nCode Designlife耐久性和認證分析的疲勞壽命預測，模擬了5種不同的路況的35個小時連續運轉環境，包括通過Altair的OptiStruct計算的零件不同位置所承受的壓力數據以及材料數據庫的材料性能數據，這些數據結合在一起用來預測抗疲勞強度。
Click2Cast的鑄造仿真
Click2Cast為Altair的鑄造工藝仿真軟件，這個軟件在設計的開始和最后都需要使用，通過軟件來增強和優化部件的結構，以避免典型的鑄造缺陷，如空氣滯留、孔隙度等。在設計的最后，通過Click2Cast來仿真整個模具注入過程以及凝固過程，幫助實現最高效的制造方法和減少能源、時間和材料的浪費。
Voxeljet的3D打印過程
經過優化、疲勞分析和鑄造仿真過程，最后模型發送到Voxeljet的設備終端，通過CAD數據，Voxeljet將PMMA材料的塑料模型打印出來。這種有機材料模具的燃燒灰燼很少，并且變形量幾乎為零，這很適合熔模鑄造法，并帶來了優異的尺寸公差精度和高質量的表面精度，而且通過3D打印過程制造的模具避免了前期昂貴的開模的需求。當然，3D科學谷需要提醒的是，Voxeljet的設備可以打印PMMA材料也可以打印用于金屬鑄造的砂型模具，熔模鑄造是其中的一種途徑。
通過以上案例可以看出，優化及仿真技術能夠更好的實現輕量化設計，并極大地激發3D打印技術的潛力。
(責任編輯：admin)
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