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2018-10-26Materialise
Materialise 在其Magics 軟件中集成了Simufact的仿真功能，金屬3D打印操作人員無需在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件和仿真軟件之間來回切換，即可利用仿真結(jié)果來修改部件的擺放角度和支撐。這個(gè)仿真模塊易于使用，它不是一個(gè)研究工具，而是一個(gè)可以在日常運(yùn)用的生產(chǎn)工具。
通過使用Magics中的仿真功能，用戶可以快速發(fā)現(xiàn)并解決加工中的問題，降低加工失敗的風(fēng)險(xiǎn)。這有助于提高金屬增材制造的效率，從而改善運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)。
Magics 軟件中的仿真模塊，圖片來源：Materialise
Magics Simulation模塊作為現(xiàn)有軟件中的完全嵌入式集成仿真模塊，用戶無需在不同軟件包之間進(jìn)行更換就可以使用仿真。
Magics 仿真模塊專注于金屬增材制造仿真，采用基于Simufact仿真技術(shù)的機(jī)械固有應(yīng)變方法，包括應(yīng)變校準(zhǔn)[和]模擬作業(yè)管理系統(tǒng)。它還具有無縫集成的可視化工具，如（反）變形，收縮線和重涂沖突和根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整支撐的能力。
Materialise 計(jì)劃進(jìn)一步通過仿真來自動(dòng)推動(dòng)金屬增材制造工作流程，例如優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，零件擺放方向，切片等，幫助3D打印用戶將打印設(shè)備的容量使用最大化。3D科學(xué)谷了解到，未來，Magics軟件集成的仿真模塊將具有局部熱的捕獲功能，發(fā)布與熱相關(guān)的構(gòu)建扭曲。
西門子
開發(fā)一個(gè)新的金屬3D打印零件往往需要進(jìn)行多次嘗試，但金屬打印機(jī)和打印材料非常昂貴，從經(jīng)濟(jì)角度來看，用戶沒有太大的錯(cuò)誤或返工空間。當(dāng)金屬3D打印作為一種工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，保證初次打印時(shí)就獲得成功則非常重要。
通過仿真技術(shù)對(duì)整個(gè)零件的構(gòu)建過程進(jìn)行模擬是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的重要手段。對(duì)于整個(gè)構(gòu)建過程的模擬包括模擬零件之間的熱交互，支撐結(jié)構(gòu)和殘留粉末。此外，通過仿真模擬考慮對(duì)設(shè)計(jì)的幾何調(diào)整以及抵消在構(gòu)建過程中產(chǎn)生的熱變形所必需的支持也很重要。
左圖為仿真預(yù)測(cè)的打印失真情況，右圖為原始CAD模型與實(shí)際3D打印葉片的3D掃描結(jié)果之間的偏差比較分析結(jié)果，圖片來源：西門子。
西門子仿真軟件的特點(diǎn)在于，采用務(wù)實(shí)的方法，模擬基于混合微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集結(jié)合了計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)信息。這種方法能夠校準(zhǔn)過程，以持續(xù)改進(jìn)模擬結(jié)果。西門子還看到了設(shè)計(jì)、仿真與增材制造之間自動(dòng)化相互作用的價(jià)值，他們認(rèn)為這將最大限度的減少首次打印零件的工作量。
增材制造仿真是西門子軟件中一個(gè)比較新的模塊，因此西門子仍持續(xù)研究增材制造仿真技術(shù)。例如，研究仿真精度和方差，與用戶合作測(cè)試過程模擬的準(zhǔn)確性，如何通過識(shí)別局部過熱區(qū)域和調(diào)整這些區(qū)域的打印過程來抵消打印失真。
此外除了粉末床金屬增材制造仿真，西門子還在開發(fā)塑料3D打印工藝、金屬DED工藝，以及噴射工藝的增材制造仿真技術(shù)。
e-Xstream
e-Xstream 在2013年被仿真軟件公司MSC Software Corporation收購(gòu)。e-Xstream仿真技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)在于復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)多尺度建模，該公司專注于開發(fā)聚合物和復(fù)合材料3D打印仿真技術(shù)。
根據(jù)3D科學(xué)的市場(chǎng)研究，e-Xstream 本身是材料建模公司，其 Digimat 材料建模技術(shù)是e-Xstream 多尺度建模和非線性微觀力學(xué)方面與大學(xué)、研究中心、企業(yè)進(jìn)行了15年的協(xié)作研發(fā)的成果，3D打印復(fù)合材料仿真技術(shù)也是在這個(gè)基礎(chǔ)之上推出的。
Digimat-AM中的翹曲分析，圖片來源：e-Xstream
基于其Digimat材料建模技術(shù)和MSC有限元技術(shù)，e-Xstream 開發(fā)了一種綜合增材制造解決方案，結(jié)合材料工程，工藝模擬和結(jié)構(gòu)工程，以解決增材制造行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。
e-Xstream 擁有270多個(gè)等級(jí)和14,500個(gè)Digimat材料模型，并擁有復(fù)合材料模型數(shù)據(jù)庫(kù)Digimat-MX。3D科學(xué)谷了解到，e-Xstream 正在為該數(shù)據(jù)庫(kù)不斷補(bǔ)充3D打印現(xiàn)成材料和打印機(jī)型號(hào)，如Solvay KetaSpire PEEK（用于熔融沉積成形工藝），Stratasys ULTEM9085和1010（用于熔融沉積成形工藝）或Solvay Sinterline 粉末（用于選區(qū)激光燒結(jié)工藝）。
在材料方面，e-Xstream正在擴(kuò)展其材料工程工具（Digimat-MF和Digimat-FE），以便對(duì)3D打印材料進(jìn)行虛擬復(fù)合，并模擬打印材料的行為。將過程各向異性考慮在內(nèi)的先進(jìn)材料模型，將通過Digimat-MX材料交換數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建、存儲(chǔ)和提升。通過以上功能，3D打印用戶能夠減少對(duì)打印件物理測(cè)試的需求，了解推動(dòng)材料行為的關(guān)鍵參數(shù)，并輕松創(chuàng)建新材料系統(tǒng)，例如輕量化的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
在工藝方面，Digimat-AM 是一個(gè)針對(duì)FDM、SLS 增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印的過程仿真軟件解決方案，其作用是預(yù)測(cè)翹曲和補(bǔ)償失真等打印問題。工程師能夠通過工藝仿真技術(shù)評(píng)估參數(shù)設(shè)置對(duì)零件翹曲的影響，從而來更好地理解和優(yōu)化打印工藝。
在性能方面，e-Xstream正在優(yōu)化其Digimat-RP結(jié)構(gòu)分析仿真技術(shù)。Digimat-RP 仿真技術(shù)的作用是，通過預(yù)測(cè)3D打印零件的性能（剛度、彈性等）來驗(yàn)證3D打印設(shè)計(jì)，例如刀具路徑或構(gòu)建方向。
DassaultSystèmes（達(dá)索）
達(dá)索在3DEXPERIENCE平臺(tái)中集成了3D打印仿真功能，包括：創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、增材制造程序員、增材制造研究員和逆向形狀優(yōu)化器。用戶可以在平臺(tái)中無縫的使用設(shè)計(jì)、制造和仿真功能。
3DEXPERIENCE平臺(tái)中的一種增材制造工作流程，圖片來源：DassaultSystèmes
其中，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)為用戶提供定制的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，以解決特定的增材制造約束，“一鍵”實(shí)現(xiàn)從拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果到幾何的平滑過渡。增材制造程序員則允許用戶在虛擬機(jī)上進(jìn)行打印準(zhǔn)備，打印零件擺放，優(yōu)化支撐，生成刀具路徑。增材制造研究員為失真，殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)提供熱機(jī)械和本征應(yīng)變模擬。逆向形狀優(yōu)化器可根據(jù)預(yù)測(cè)的失真進(jìn)行形狀補(bǔ)償。
在達(dá)索的軟件環(huán)境中，完整的數(shù)字線程可以連接設(shè)計(jì)優(yōu)化，幾何重建，構(gòu)建規(guī)劃，過程仿真和后處理以及在線仿真?；贏baqus求解器，達(dá)索提供可定制的仿真技術(shù)，包括多種3D打印工藝的仿真，如：粉末床熔融、直接能量沉積、材料沉積、材料噴射。
COMSOL
COMSOL 擁有多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，COMSOL Multiphysics 結(jié)合了最常見的附加產(chǎn)品，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊，非線性結(jié)構(gòu)材料模塊和傳熱模塊。COMSOL的部分用戶還選擇使用電磁學(xué)和化學(xué)分析模塊。
結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊可以通過一種稱為材料活化的技術(shù)處理無應(yīng)變狀態(tài)的材料沉積，該模塊通常與傳熱模塊一起使用，以便在材料沉積的同時(shí)進(jìn)行更高級(jí)的熱分析。該模塊主要用于金屬3D打印，但偶爾也用于塑料3D打印。該模塊擁有通用工具，可用于增材制造過程所需的刀具路徑模擬。
葉輪在底板上的位移圖，圖片來源：COMSOL
COMSOL 有部分客戶是增材制造設(shè)備廠商，他們使用COMSOL Multiphysics 仿真技術(shù)進(jìn)一步了解專有增材制造工藝背后的物理現(xiàn)象，進(jìn)一步開發(fā)其3D打印工藝，以及研究如何改變物理過程，以提高打印零件性能。
COMSOL Multiphysics 還為用戶提供了便利的仿真模型分享功能。由于許多公司將建模團(tuán)隊(duì)劃分成設(shè)計(jì)和仿真兩個(gè)業(yè)務(wù)組，各組內(nèi)的人員可以發(fā)揮其自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而這種做法會(huì)讓部件的設(shè)計(jì)和分析之間缺乏有效溝通。
COMSOL Multiphysics 的用戶英國(guó)考文垂制造技術(shù)中心的仿真工程師就將仿真模型封裝成簡(jiǎn)明易用的仿真 App，以此來消除兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之間的交流障礙。設(shè)計(jì)工程師無需接觸復(fù)雜的底層仿真模型，也能在操作界面中運(yùn)行測(cè)試。這大幅簡(jiǎn)化了對(duì)新零件性能的評(píng)估過程，設(shè)計(jì)工程師現(xiàn)在無需求助仿真專業(yè)人員，也能方便地對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。該仿真 App是利用 COMSOL Multiphysics 中的“App 開發(fā)器”創(chuàng)建的，可以針對(duì)指定零件顯示其最終形狀、變形和應(yīng)力水平的仿真結(jié)果。
3D科學(xué)谷Review
仿真最終的目標(biāo)是為了使人們不需要交“學(xué)費(fèi)”，將設(shè)備當(dāng)成試驗(yàn)品，仿真的目的是不浪費(fèi)時(shí)間和金錢，避免錯(cuò)誤發(fā)生。因此，仿真結(jié)果的穩(wěn)健性尤為關(guān)鍵，這也是仿真技術(shù)提供方所追求的目標(biāo)，這種穩(wěn)健性對(duì)于航空航天、醫(yī)療等合規(guī)性為王的領(lǐng)域來說尤為重要。
有的仿真業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為缺乏對(duì)軟件的理解會(huì)導(dǎo)致模擬和現(xiàn)實(shí)結(jié)果之間的差異，而有的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為缺乏材料數(shù)據(jù)或缺乏對(duì)物理學(xué)的理解，決定了仿真模擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)果之間的差異。無論如何，對(duì)仿真精度的追求是個(gè)無止境的，得到一致、可重復(fù)的仿真結(jié)果是仿真軟件企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)。
此外，仿真軟件的可用性也是仿真軟件企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，部分公司致力于將仿真技術(shù)集成到現(xiàn)有的工作流程和PLM 系統(tǒng)中，使得用戶可以在多種設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行快速切換，這提升了仿真軟件的可用性。
