課題

シミュレーションの予測能力を示す
 

ソリューション

プリントされたインサートをシミュレートされたインサートと比較する

使用するソフトウェア

Materialise Magics Simulationソフトウェア

洞察/方法

測定された変形とシミュレートされた変形を比較する

業界

航空宇宙産業

The 3D-printed Titanium insert

3DプリントされたAtosのチタン製インサート

金属構造のプリントの課題

最適化されたインサート設計はかなり大きく(366mm×171mm×92mm)、インサートを取り囲む外側シェルに連結される複雑な軽量多孔構造が含まれるため、3Dプリントはかなり困難になります。

金属構造の積層造形工程では、高い温度勾配によって不要な残留応力が発生し、それが造形設計の収縮の原因になります。これは、造形工程におけるパーツの断裂や変形または完成品におけるパーツの変形や微小クラックにつながることがあるために深刻な問題です。機械的側面以外に、設計のプリント品質が不十分な場合の財政的な側面を考慮することも重要です。提示されたパーツの製造コストは2500ユーロ前後になり、プリント工程が失敗するか、完成パーツの品質が低下すると、かなりの金額が浪費されます。

Internal structures of the insert

Atosのインサートの内部構造

シミュレーションソフトウェアの予測能力

シミュレーションは、積層造形工程後のパーツの変形、残留応力、および温度発展を予測するために使用できます。これらのシミュレーションを活用することにより、欠陥の影響を受ける領域を識別して修正して製作に成功する確率を高め、パーツの総合的な品質を高めることができます。

ここでは、シミュレーションの予測能力を示すために、軽量のインサートの設計を使用してプリント工程の結果をシミュレートしました。当社は、シミュレーション結果を評価するために、プリント工程後に3Dスキャンを使用してパーツを造形して測定しました。その後に、測定された変形とシミュレートされた変形を比較しました。

ワークフロー:

  1. まず、Magicsシミュレーションソフトウェアでマシンのキャリブレーションプロファイルを作成しました。これは、試験片をプリントして、ベースプレートから取り外した後に変形を測定して行いました。次に、Magicsシミュレーションモジュールを使用して、マシン、材料、およびスキャンに対する正しいシミュレーションパラメータ(固有ひずみ:eigenstrain)を自動的に特定しました。
  2. CADファイルをスライスし、設計のメッシュを生成しました。
  3. 手順1で取得した値をメッシュに適用して、固有ひずみを各シミュレーションレイヤーに適用しました。
  4. サポートの除去および構築プレートからの除去をシミュレートしました。
  5. 最後に、シミュレートされた最終的な変形を元のCAD設計と比較して、重大な変形がある領域を特定しました。
Representation of step 3

手順3の表示:10番目のマクロレイヤーのシミュレーション

Representation of step 3

手順3の表示:30番目のマクロレイヤーのシミュレーション

シミュレーションとプリント結果の比較

Comparison of the deformation of the printed part vs. the simulated part.

プリントされたパーツとシミュレートされたパーツの変形の比較

 

結果は、シミュレートされたパーツの変形領域は、プリントされたパーツの測定された変形表面(スキャン結果)と非常に良く一致していました。点線の円は、下層の軽量多孔構造によるローカル変形がある領域を示します。矢印は、グローバル変形を示します。

Local deformations due to underlying cellular lightweight structures.

下層の軽量多孔構造によるローカル変形
 

プリントされたチタン製パーツの切開された図(左下)と上部からの図(右下)に、下層の軽量多孔構造によるローカル変形を示します。

実際の造形パーツの変形とシミュレーションの比較により、シミュレーションソフトウェアは適切に(1)製品のリスクが増大するようなローカル変形だけでなく、(2)パーツの総合的な品質を低下させる可能性があるグローバル変形も予測できることがわかります。これらの発見により、製造技師や設計技師は、金属積層造形をさらに最適化するための貴重な工程上の洞察を得ることができます。

高価な反復作業を避ける

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