3D打印

直覺式設計平臺加速3D打印過程

2025China.cn   2017年12月18日

  全球正在出現以信息網絡、智能制造為代表的新一輪技術創新浪潮。而在這一浪潮中,傳統的行業界限將消失,并會產生各種新的領域和業態。這個新型的產業鏈將使制造業不再僅僅是硬件制造的概念,而將更多地融入軟件技術、自動化技術、現代管理技術與新的服務模式。這個過程,美國叫工業互聯網,德國叫工業4.0,而中國則稱為中國制造 2025。

  《中國制造 2025》將作為中國制造業未來10 年設計頂層規劃和路線圖,以信息技術與制造技術深度融合的數字化網絡化智能化制造為主線。中國制造業轉型需要跨界與平臺思維, ,再到工業4.0制造與服務,中國工業4.0 可拓展的空間實際上非常大。而要把“智能制造”作為制造業轉型升級的重要突破口和抓手,軟件是主要的核心。

 

3D打印助力中國制造2025

  近幾年間,國內3D打印產業發展迅速,應用領域也隨之不斷拓展。在“中國制造2025”戰略規劃中,3D打印也被列為關鍵技術之一,將為中國制造業注入新動能。3D打印作為智能制造的主要支撐技術,已經從快速原型制作發展到金屬零件制造,從增材制造到增材和切削加工集成,從單一材料到多種材料。為產品設計創新開辟了廣闊的空間,設計師可以專注于產品的功能和性能的開發,無需考慮如何去制造。

  據相關數據顯示,2017年國內3D打印市場規模將突破100億美元,產業規模及應用領域將逐步拓展,其中包括航空航天、汽車、醫療、模具等領域。相對于傳統減材加工方式,3D打印為制造業提供了新的選擇和路徑,將在產品設計及制造環節帶來新的創新,為國內制造業轉型升級提供助力。

  其中在原型制作方面,3D打印能夠快速實現原型制作,從而大大縮短研發及驗證時間。使得企業能夠快速生產出高質量產品。另一方面,在制造生產環節,由于受限于傳統加工工藝限制,之前很多想法都無法實現。有了3D打印技術之后,人們的想法及創意能夠更加容易地實現并制造出來。未來隨著技術不斷突破,3D打印將在高科技、國防等諸多領域取得更加廣泛的空間。

  Pidex提供的3D建模和3D打印解決方案,使得企業不用再購買昂貴的軟件,或者依賴CAD工程師進行反復調整的流程,直覺式的界面和強大的功能,使得Pidex用戶可以很方便的操作模型,加速他們快速原型制作和增材制造的過程。湃睿科技將持續關注3D打印領域,開發出更多滿足客戶需求的產品。另一方面,湃睿科技也將強化與設備商的合作,從而提供更加高效、易用、具有性價比的產品。”

打破3D設計與3D打印之間的界限

  我們都知道,3D打印是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。其中,模型數據處理及優化是3D打印的前提條件。僅僅有了3D模型也不能保證一定打印成功,因為打印工程師還有很多工作需要做才能保證打印成功:進行幾何模型可打印性分析,包括檢查最小的壁厚,去除細小特征,連接性檢查,支撐的添加;導入數據如STL模型的清理和檢查,避免自相交,保證模型封閉;對STL模型的分割,以減少打印件的尺寸或是需要分色打印,還需要設計拼接的搭扣;還有些零件需要進行輕量化處理變成中空,以減少材料消耗,縮短打印的時間,同時還得保證強度。

  通常,3D打印工程師不得不反復和產品設計師溝通并傳遞模型,編輯和修復模型以保證打印的成功。這導致整個過程的冗長和緩慢,使得由設計到快速原型制作和增材制造的過程變得困難,延后了制造的時間。

面向增材制造的設計

  以3D打印為典型的增材制造技術的出現,極大的擴展了可制造工藝性,即使是模型最復雜的產品也能通過3D打印制造出來,這無疑極大釋放了設計潛能,尤其是在航空、航天軍工等重量敏感的領域,設計人員可以只專注于產品本身,可以設計任何結構的產品,而不需要考慮制造工藝的局限。設計師借助于專業仿真分析軟件的拓撲優化功能,輸入給定載荷與工況就可以得到滿足性能要求的最優的且具備輕量化特點的模型。但是分析軟件生成的優化模型通常是STL的小面片模型,還需要光順處理以及調整才能進行3D打印,這也對設計師提出的新的挑戰。

  在3D打印過程中,從產品設計到3D打印需要用到不同的軟件及數據,從而使得打印過程低效甚至會出現錯誤。在產品設計階段主要采用CAD軟件進行建模,并轉化成STL文件輸出至3D打印設備。3D打印設備接收到STL文件之后,采用切片軟件進行優化打印。然而,CAD軟件建模能力強,3D打印模型準備能力弱。相反,3D打印編程軟件可切片生成軌跡,但3D建模能力弱,模型數據修改具有局限性。為此,湃睿科技推出了Pidex直覺式設計平臺,致力于打破二者之間的銜接鴻溝,使得打印過程更加高效。

  Pidex直覺式設計平臺由ANSYS SpaceClaim和PISX公司共同打造,是一款可以由任何工程師使用的易用和強大的設計平臺。Pidex采用直接建模與參數化相結合,直接建模為基礎,輔以參數化建模。可以使任何人創建、編輯或修復幾何模型而無需擔心數據來源。另外,Pidex還能夠對3D打印所需要的工藝補充進行處理,例如壁厚檢查、晶格設計等。因此,采用Pidex會讓使用3D設計變得快捷、容易、柔性和有價值。

打印前的分析、清理和修補

  不同于其他的3D打印軟件,Pidex獨一無二的混合模型,可以在同一環境中處理CAD模型和小面片模型,提供完整的工具用于模型編輯和創建,可以通過新的幾何,用以增加、移除和改善小面片模型。

 

  對導入的STL模型,可直接進行分析和清理,發現和即刻修復這些缺陷,包括不一致的面法向方向、面片自相交、模型不封閉以及其他可能導致打印失敗的問題。

  用戶使用彈性的關鍵是能直接在STL模型上進行操作,3D打印模塊允許用戶:去除細小的特征、填縫隙、光順;分割STL模型用于多材料的打印,賦予不同的顏色;進行布爾運算,融合STL與STL模型或實體;可打印性分析:壁厚、支撐檢查等;創建連接結構以便后續零件拼接,添加支撐結構等;重新構建零件、將特征安排到更好的位置,調整過薄的壁厚以便優化打印。

  STL模型的檢查

  STL模型分割

 

輕量化處理

  輕量化設計也是打印流程中很關鍵的步驟。對于快速原型制造,少的材料意味著少的打印成本,少的運輸成本和更快的打印時間。Pidex提供多達11種2D和3D的晶格類型,設計師可以根據需求方便的定義晶格抽殼的形式和尺寸,從而達到輕量化的目的。

 

面向增材制造的拓撲優化建模

  專業分析軟件(如Ansys)的拓撲優化技術允許用戶指定材料體積上的支撐點和載荷點位置,設置邊界條件并讓軟件找出最佳形狀。這種優化結果模型往往都是STL模型,可以導入Pidex中進行結構的調整和光順,例如指定精確的孔位,指定參考的傳統模型,利用Pidex的收縮包絡功能,可以快速進行擬合,得到所需的光順模型,再根據設計需要調整后就可以進行3D打印。

 

  Pidex的直覺式操作界面允許用戶比原來更快更有效的創建、編輯3D概念設計,并準備3D模型用于3D打印,它不僅能高效和易用的修補模型,同時還能修改STL和CAD模型以調整創意。Pidex的3D打印模塊也把直覺式的界面、快捷和互操作性擴展到了3D打印領域。

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