3D 프린팅
산업 제조
3D 프린팅 시뮬레이션의 이점과 최신 기술에 대해 알아보세요. 이 문서에서는 3D 프린팅에서 시뮬레이션을 사용하는 이유, 대상 및 방법을 설명하고 시작하는 데 도움이 되는 팁을 제공합니다.
제작 프로세스 시뮬레이션은 점차 3D 프린팅 워크플로우의 일부가 되어가고 있습니다. 3D 프린팅 시뮬레이션은 제조 과정에서 발생하는 복잡한 열-기계 현상을 이해하고 시각화하여 고품질, 고정밀 부품을 생산하는 데 도움이 됩니다.
이는 설계 반복(결함이 있는 인쇄물 폐기)이 재료 비용과 제조 시간 측면에서 매우 많은 비용이 드는 최첨단 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 제작된 고가치 부품에 특히 중요합니다.
3D 프린팅 프로세스 시뮬레이션을 일반적인 기계적 FEA 시뮬레이션과 혼동해서는 안 됩니다. 후자는 기능(하중, 변형, 온도 등)과 관련된 특정 조건에서 부품의 기계적 성능을 평가하는 데 도움이 되는 반면, 전자는 특정 프로세스 매개변수 하에서 레이어별로 3D 프린팅 제조 프로세스의 결과를 예측하는 데 도움이 됩니다.
이 기사에서는 먼저 각 3D 프린팅 프로세스 시뮬레이션의 주요 이점을 제시한 다음 성공적인 시뮬레이션 실행의 세부 사항을 자세히 살펴보고 시작하는 데 도움이 되는 몇 가지 유용한 팁을 제공합니다.
3D 프린팅 과정을 시뮬레이션하는 것은 다음과 같은 이점 때문에 매우 중요합니다.
인쇄 실패 방지 기하학적 문제로 인해 부품이 거부되어 시간이 절약되고 전체 비용이 절감됩니다.
위험 평가 실패 가능성을 완화하기 위한 지침을 제공합니다. .
물리학 이해 제조 과정을 살펴보겠습니다.
미세구조적 특성 예측 끝부분.
생산 최적화 제조 속도를 향상시키고, 후처리 작업을 줄이며, 부품을 줄이고 변형을 지원하여 정확성을 향상시킵니다.
지지 구조를 생성하기 전이나 후에 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다:
지지대를 생성하기 전에 시뮬레이션 결과는 심각한 변형이나 내부 응력이 있는 중요한 영역을 식별하는 데 도움이 됩니다. 제조 중. 그런 다음 디자이너는 변형을 최소화하기 위해 조정된 지지 구조를 추가하거나, 인쇄 방향을 변경하여 열 축적 영역을 변경하거나, 3D 모델의 형상을 수정하여 최종 결과의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
지원 생성 후 시뮬레이션은 위험을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 생산 실패(예:리코터 간섭으로 인해)가 발생한 경우 최종 부품의 치수가 지정된 공차 범위 내에 있는지 확인하세요. 다양한 인쇄 매개변수의 영향을 평가합니다. (예:생산에 최적화된 매개변수와 정확성에 최적화된 매개변수를 비교).
두 경우 모두 시뮬레이션은 고부가가치 제조와 관련된 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 생산성을 향상하기 위해 대량 3D 프린팅을 통해 몇 주 간의 생산 시간을 절약하고 수천 달러의 개발 및 생산 비용을 절약할 수 있습니다.
시뮬레이션은 고부가가치, 고정밀 3D 프린팅과 가장 관련성이 높습니다. 또한 가장 인기 있는 최신 3D 프린팅 시뮬레이션 패키지는 금속 용접 시뮬레이션 솔버를 기반으로 합니다. 따라서 시뮬레이션은 금속 3D 프린팅에 더 일반적으로 사용됩니다.
그러나 모든 주요 3D 프린팅 프로세스를 시뮬레이션할 수 있으며 그 이유는 다음과 같습니다.
SLM/DMLS: SLM 및 DMLS는 금속 3D 프린팅 프로세스 중 가장 오래되고 성숙한 기술이므로 많은 소프트웨어 패키지가 주로 이에 중점을 두고 있습니다. 금속의 융합 온도는 폴리머 소결 온도보다 높기 때문에 SLM/DMLS 부품의 열-기계적 제약이 가장 중요합니다.
EBM: EBM은 SLM/DMLS에 비해 최신 금속 3D 프린팅 기술이며 소수의 소프트웨어 패키지만이 이에 대한 솔루션을 제공합니다. EBM의 시뮬레이션은 전자빔에서 생성된 열 축적 영역을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
FDM: FDM의 주요 문제는 압출된 열가소성 소재의 차등 냉각으로 인해 발생하는 뒤틀림입니다. 시뮬레이션은 부품을 재설계해야 하는지, 플랫폼에 대한 접착력을 높이기 위해 챙을 추가해야 하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.
SLA/DLP :SLA 및 DLP에서 주요 문제는 뒤틀림과 유사한 컬링입니다. 현재 SLA 인쇄 프로세스를 시뮬레이션할 수 있는 소프트웨어 솔루션은 많지 않습니다.
SLS: SLS에서는 지지 구조가 필요하지 않지만 빌드에 열 축적 영역이 나타나 표면 매끄러움이나 뒤틀림이 저하될 수 있습니다. 시뮬레이션은 이러한 영역을 식별하는 데 도움이 됩니다.
온도 변화는 빌드 중에 발생하는 모든 기계적 현상의 근본 원인입니다.
온도 구배는 기계적 변형 없이 단독으로 계산될 수도 있습니다. 이는 일반적으로 전체 시뮬레이션보다 빠르며 열 축적 문제를 해결하는 동시에 기계적 변형 문제도 해결할 수 있습니다.
Netfabb에서 세분화된 모델(SLM/DMLS)의 온도 구배 분포. 의례 폴리 셰이프
재료의 실제 기계적 특성이 알려져 있다고 가정하면 제조 중 부품의 변형을 계산할 수 있습니다.
어떤 시뮬레이션 매개변수를 사용하든 변형 방향은 일반적으로 정확하지만 변형의 진폭은 시뮬레이션 메시의 크기에 밀접하게 의존합니다. 더 미세한 메시를 사용하면 더 정확한 결과를 얻을 수 있지만 실행하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.
Netfabb의 모델(SLM/DMLS) 변형 벡터입니다. 의례 폴리 셰이프
파우더 베드 기술(예:SLS 및 SLM/DMLS)에서 z축을 따른 변형이 레이어 두께보다 크면 리코터가 부품과 접촉하여 부품을 쓸어버리고 고장을 일으킬 수 있습니다. 일부 시뮬레이션 패키지에서는 리코터 공차 높이를 정의할 수 있으며, z축 변형이 해당 임계값을 초과하는 경우 소프트웨어에서 경고를 표시합니다.
3D 프린팅 시뮬레이션 패키지의 주요 초점은 부품 제작 중에 발생하는 열-기계적 현상을 계산하는 것입니다. 그러나 제조 공정의 후반 단계에서 다른 문제가 나타날 수도 있습니다.
빌드 플랫폼에서 부품을 분리하거나 지지 구조물을 제거하는 동안 제조 공정의 잔류 응력으로 인해 부품이 변형될 수 있습니다. 열처리는 내부 응력을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일부 시뮬레이션 패키지를 사용하면 이러한 후처리 단계를 시뮬레이션하고 열처리가 필요한지(또는 효과적인지) 평가하는 데 도움이 됩니다.
좋은 시뮬레이션의 첫 번째 단계는 부품 볼륨을 정확하게 구분하는 것입니다.
사면체로 등각 메싱을 사용하는 일반 기계 시뮬레이션과 달리 대부분의 3D 프린팅 시뮬레이션 소프트웨어는 복셀화를 사용합니다. 부품의 3D 볼륨은 PC 모니터의 2D 이미지가 정사각형 픽셀로 표시되는 것과 유사한 방식으로 작은 큐브(또는 복셀)로 표시됩니다. 더 많은 메쉬 요소를 사용하면 더 정확한 결과를 얻을 수 있지만 시뮬레이션 시간도 크게 늘어납니다. 적절한 균형을 찾는 것이 중요합니다.
초기 시뮬레이션의 경우 "빠르고 더러운" 결과를 얻기 위해 큰 복셀을 사용하여 첫 번째 대략적인 시뮬레이션을 시작하는 것이 흥미로울 수 있습니다. 이러한 시뮬레이션을 통해 인쇄물의 주요 변형 영역을 몇 초 또는 몇 분 안에 얻을 수 있습니다. 비용이 많이 들지 않으며 보다 정확한 시뮬레이션(더 작은 복셀 사용)이 필요한지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
부품이 분할되면 재료 속성을 선택해야 합니다. 재료 특성을 정의하는 것은 아마도 시뮬레이션 프로세스에서 가장 중요한 단계일 것입니다. 부정확한 데이터는 잘못된 시뮬레이션 결과를 낳기 때문입니다.
대부분의 편집자는 자체 자료 라이브러리를 제공하므로 시작하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.
두 경우 모두 시뮬레이션에 완벽하게 적합하지 않을 수 있습니다. 모든 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 가장 정확한 시뮬레이션을 생성하기 위해 자신만의 재료를 수정하거나 생성할 수 있습니다. 이를 위해서는 전문적인 재료 과학 지식이 올바르게 수행되어야 하며 경험이 없는 사용자에게는 권장되지 않습니다.
일부 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 특정 재료와 특정 기계에서 인쇄된 테스트 표본을 기반으로 재료 특성을 교정할 수 있습니다. 이렇게 하면 더 정확한 재료 특성이 식별되어 더 정확한 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있습니다.
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