高精度零件的打印一直是增材制造行業(yè)的難點之一。打印這些零件過程中的發(fā)生的變形問題會影響產(chǎn)品最終的使用和裝配。盡管可以通過添加支撐等方式，控制打印過程中出現(xiàn)的變形，但對于一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，添加支撐有時也難以避免變形。因此一款能夠通過快速仿真來實現(xiàn)變形補償?shù)能浖妥兊糜葹橹匾?/p>

VoxelDance Engineering (VDE)是由漫格科技推出的一款增材制造仿真軟件，它不僅擁有強大的仿真能力，還可以基于掃描結(jié)果對零件進(jìn)行變形補償優(yōu)化。軟件的求解算法利用GPU并行加速，相對于傳統(tǒng)的有限元求解算法，提速了5-10倍。

裝配精度難題，仿真可助力

隨著種植義齒的個性化需求越來越大，增材制造技術(shù)在齒科領(lǐng)域逐漸成熟。但是3D打印種植體與種植基臺的裝配精度一直是困擾業(yè)界的難題。廣州瑞通增材公司在國內(nèi)推出了完整的齒科增減材復(fù)合制造(Additive-Subtractive Hybrid Manufacturing, ASHM)一體化解決方案，利用漫格科技的仿真軟件，成功解決了3D打印種植體與基臺裝配精度難題。

義齒零件（馬龍橋）的外部存在多個用于后續(xù)加工的定位環(huán)（圖1），并且定位環(huán)的變形量需要控制在0.10mm以內(nèi)，所以它的加工難度比較大，裝配精度要求非常高。

圖1 原始牙模零件

變形補償功能，這樣用

通過使用漫格科技VoxelDance Additive對原始牙模零件進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，按經(jīng)驗通過添加支撐的方式，來控制零件變形，然后進(jìn)行切片打印（圖2）。打印后發(fā)現(xiàn)，變形依舊存在，定位環(huán)遠(yuǎn)超出了裝配所需的尺寸要求，顯然是不符合精度要求的。

圖2 原始牙模的實際打印結(jié)果

隨后，工程師利用VoxelDance Engineering（VDE）對原始牙模進(jìn)行了仿真處理，它能夠?qū)υ霾闹圃爝^程進(jìn)行全流程工藝仿真，分析并進(jìn)行變形補償，幫助工程師在實際打印之前預(yù)測和規(guī)避潛在的問題。仿真后，觀察其變形程度（圖3）與打結(jié)果中的變形趨勢一致。

圖3 原始牙模仿真結(jié)果

工程師對打印出的零件進(jìn)行了實驗室掃描，得到含有零件變形信息的模型，并將其與原始牙模模型進(jìn)行了擬合。通過對打印前后兩個模型的幾何信息進(jìn)行比對，計算得到該牙模的位移場（圖4）。從圖中清晰地看到打印件變形場的分布情況，多個位置超出了最大位移限制。

圖4 牙模打印后位移場

最后工程師將掃描得到的位移場信息反向施加到原始零件的模型上，對零件進(jìn)行變形補償，得到補償后的零件打印數(shù)據(jù)。 補償零件在打印過程中依舊會發(fā)生變形，但變形后的補償零件會更加接近原始零件的設(shè)計尺寸。 將零件的變形量控制在了0.10mm內(nèi)，完成了裝配任務(wù)。

為了驗證補償效果，工程師將補償零件進(jìn)行了實際打印并再次掃描。 將其與原始模型比對后發(fā)現(xiàn)變形量顯著降低，完全滿足定位環(huán)的精度要求（圖5）。

圖5 補償后牙模的位移場

掃描結(jié)果的變形補償，是根據(jù)打印件掃描得到的位移場對原始零件進(jìn)行反向補償。VoxelDance Engineering (VDE) 軟件提供了“變形補償”功能，降低了打印過程中的變形量，確保零件精度。該功能可以實現(xiàn)在零件初次打印變形量過大時，根據(jù)打印結(jié)果對零件進(jìn)行迅速調(diào)整，使得后續(xù)打印件更為接近原始設(shè)計尺寸，從而提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

精準(zhǔn)預(yù)測零件變形和開裂，對于降低金屬3D打印風(fēng)險、成本幾乎是老生常談。但如何用好仿真，卻需要積累經(jīng)驗。 極度復(fù)雜的零件想要實現(xiàn)一次打印成功是很困難的，需要工程師結(jié)合仿真結(jié)果來優(yōu)化打印方案，不斷進(jìn)行設(shè)計仿真制造迭代才可真正實現(xiàn)仿真工具的作用。作為國產(chǎn)金屬3D打印仿真自主品牌，漫格科技推出的VDE軟件，無疑補齊了行業(yè)短板，助力我國金屬3D打印高質(zhì)量制造。

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