什麼是增材製造?(What Is Additive
Manufacturing?)
根據美國測試和材料協會(ASTM F2792),增材製造(Additive
Manufacturing)或3D列印(3D Printing)被定義為“一種利用3D模型數據,通常是層疊層地加入材料製造物體的過程,與減材製造方法相反”。
增材製造
傳統的減材製造(Subtractive Manufacturing)涉及從一塊原材料開始,通過鑽孔或銑削等方法移除材料,直到達到最終所需形狀。另一方面,增材製造的零件是通過堆積薄層材料建造起來的。大多數現代增材製造的零件開始於一個CAD模型。軟體被用來將模型切片成個別層,這些層將被堆積形成最終零件。在一種方法中,選擇性雷射熔化(SLM, Selective
Laser Melting),一層薄薄的金屬粉末被放置在建造托盤上,然後使用雷射在切片幾何數據指定的位置選擇性熔化粉末。隨著熔化的粉末冷卻,它固化在一起,建造托盤降低,另一層粉末被放置,並且這個過程對於下一層幾何切片重複進行。
為什麼使用增材製造?(Why Use Additive
Manufacturing?)
增材製造的價值來自於製造過程的更大靈活性,定製零件的可能性,以及構建通過傳統製造技術無法實現的複雜幾何零件。
增材製造的不確定性和分析挑戰(Additive
Manufacturing Uncertainty and Analytics Challenges)
作為一種新的方法論,增材製造周圍存在不確定性。以下是一些增材製造中發現的不確定性及其效果的例子。為了對抗這些不確定性,工程師將運行高度計算昂貴的模擬模型,這可能需要幾天時間來運行,從而限制了其潛在洞察的價值。
SmartUQ解決增材製造分析挑戰的方案(SmartUQ Solutions for
Additive Manufacturing Analytics Challenges)
SmartUQ提供了多種設計實驗(DOE, Design of Experiments)工具,用於減少模擬和實驗建模的取樣要求。這些工具可以用來減少確定增材製造過程參數所需的測試件數量或/和模擬次數。SmartUQ還特別為模型改進過程中的迭代數據收集設計了進階的DOE工具。
SmartUQ的DOE工具的一個關鍵用途是創建仿真器(Emulators),這些是使用機器學習算法訓練的統計模型。仿真器可以
從模擬或如實地監測數據等實體數據建立。一旦建立,就可以使用仿真器進行快速預測,代替進一步的全保真模擬運行或實體數據收集。例如,仿真器可以用來從一組過程參數預測熔池深度,這在SLM中對於材料層的黏合非常重要。SmartUQ擁有多種仿真工具來處理包括具有空間-時間響應的數據集在內的不同類型的數據集,例如增材製造過程中一層的溫度分佈作為時間函數。
總結(Summary)
增材製造將以其靈活性和處理複雜結構的能力引領新技術和創新。但如果不考慮變化的材料和機械屬性中的不確定性,增材製造距離達到其全部潛力還有很長的路要走。通過應用SmartUQ的預測分析和不確定性量化(Uncertainty
Quantification)技術,工程師和製造商可以對抗分析挑戰,繼續推動增材製造的界限。