仿真技术助力实现成功的增材制造

在当今竞争日益白热化的环境中，许多商业巨头都致力于通过满足客户的独特需求来赢得销售额。增材制造允许工程师轻松调整基本设计，设计出针对性的功能或者使用不同的材料组合，从而能够支持大规模定制。这样不但能够帮助消费类产品企业以低成本研发定制产品，而且比如在医疗行业中，这意味着医疗设备能够轻松装配到患者体内，以提高疗效。

增材制造：仿真新前沿

增材制造，即广为人知的3D打印技术，有望同时为工程与生产带来变革。由于能够把数字设计方案快速转变成实际产品，增材制造可以实现大规模定制并快速响应产品开发。但是高昂的材料成本要求产品研发人员每次都能够一次成功，完成最佳的设计方案。《ANSYS Advantage》最近与ANSYS的两名专家探讨了仿真如何最大限度地提高成效和降低风险。

打破常规

自2015年创立起，Relativity Space致力于实现一个独特的愿景：把利用增材制造技术（3D打印）加工的火箭发射到太空。这家位于加州、具有雄心壮志的初创公司志在改变全球的航空航天行业，希望以更快速度、更低成本和更简便的方式制造火箭。Relativity已经开始改写商用卫星发射的规则，希望最终能够在火星上制造出其3D打印火箭，在那里采用这种创新的低成本技术来支持人类移民。

在增材制造工作流程中发挥仿真优势

在设计新款工业过滤器时，Croft Filters公司需要解决选区激光熔化增材制造过程中的翘曲问题。通过在设计打印的工作流程中利用ANSYS Additive Print增材制造仿真解决方案，工程师能够快速生成适合增材加工的设计方案，并避免多次试错产生的构件失败，从而把产品上市时间和原型构建费用减少了50%。

逐层掌握增材制造

开展面向增材制造的设计时，需要遵循与传统制造工艺不同的思路。从诸如悬垂、支撑结构布置、摆放方向等细节到诸如增材制造是否是给定应用的理想选择、需要使用哪些材料或者如何整合和优化部件等更重要的决策，都会让人感到无所适从。

确保增材制造获得成功

由于每个工程师的工作方式不尽相同，而且需要能够无缝融入其工作流程的工具，因此ANSYS提供了一系列针对不同需求的增材制造解决方案。经过充分考虑DfAM设计人员和AM机器操作员的需求，ANSYS打造出了Additive Print这套独立解决方案。 Additive Print逐层金属粉末床仿真工具是避免打印失败的关键，有助于淘汰物理试错方式，并能够轻松地融入设计人员和AM设备操作员的工作流程。

利用ANSYS Additive Print可成功实现金属3D打印首次即成功

ANSYS Additive Print帮助PADT预测了最小变形，并确定无需支撑件。根据Additive Print的建议，PADT制造了不带支架的部件。实际构建的成品验证了ANSYS模型。通过避免不必要的支架对部件产生的过度约束，PADT为客户节省了大量时间与材料。

填补孔洞

增材制造之所以有望成为生产SAS支架的制造方法，原因在于它能消除传统减材制造工艺的可制造性设计约束。工程师采用拓扑优化功能，以全面发挥增材制造带来的设计自由度，并通过将支架内部的组件从11个减少到仅剩1个，工程师最终获得了能降低制造与装配成本的设计方案。与此同时，支架重量减轻了30%，因而能以同等程度提高航空器的有效载荷。

利用仿真对增材制造的火箭部件进行认证

在竞争极其激烈的航空航天行业中，失败会造成非常高昂的代价，因此在采纳新技术之前进行彻底的验证过程至关重要。在过去，这意味着需要漫长的试错过程来验证新的制造工艺。仿真可以与更小体积的物理测试结合在一起，在不降低太空任务安全性的情况下验证与采用新技术。

塑造未来

AM需要成本高昂的试错过程，而仿真则可显著减少这个过程。企业无需在试验操作中冒着风险浪费昂贵的粉末以及宝贵的设备容量与研发时间，而是在启动AM机器之前就可以预测打印操作结果。

极速轻量级摩托车设计

为了实现精彩绝伦的轻量级设计VinsDuecinquanta摩托车的单体车架、轮辋、车叉与车身均采用碳纤维复合材料。Asotech工程师采用ANSYS Mechanical拓扑优化功能研发了一款高度优化的设计方案，同时还对基本形状和部件尺寸进行了更改，从而将重量锐减56%。

打造更稳固的支架

工程师采用振动疲劳仿真验证了所推荐最佳支架的性能。仿真可在三分钟内将振动加速度从4.5G降至3.0G，同时还可将振动频率从20–50Hz（4.5G时）的范围提升到50–200Hz（3.0G时）的范围。另外，仿真过程还需要在24小时内将温度从90摄氏度降到-30摄氏度，然后再升高到90摄氏度，才能确保支架能够承受发动机舱内的温度变化。

个性化植入物让患者重展笑颜

仿真不仅能够确定组件之间相互作用时存在的潜在问题，而且还能指出潜在故障点。例如，它可以显示出在哪个位置的螺丝有可能因局部应力高而导致骨裂，或在哪个位置的螺丝无法牢固地固定植入物。在OMX Solutions生产工程师确信装配体牢固可靠之后，他们就可将设计方案提交给外科医生进行审查。

抑制DDR系统电源噪声

智能互联产品需要在更纤小且多变的封装中集成更多功能。为了确保实现无差错性能，必须优化整个系统，才能降低晶体管电压与接地端子之间的噪声。STMicroelectronics工程师采用ANSYS工具确定并纠正了复杂DDR系统设计中的电源完整性问题，有效避免了产品延期发布。

去除制动踏板中的金属材料

传统优化方法在减重方面的作用非常有限；它们虽能更改部件尺寸，但却无法改变部件整体形状。另外，拓扑优化功能可以重新设计部件，不仅能最大限度减轻部件重量，同时还可满足设计工程师指定的载荷与其他要求。KSR International采用这种新方法将汽车制动踏板的重量降低了21%，结构优化时间从7天缩短至2天。

电动汽车思想领袖的观点

作为Magna前首席技术官，Burkhard Goeschel教授曾任BMW管理委员会成员，现任国际汽联(FIA)替代动力技术委员会主席，对汽车产业和汽车运动始终充满激情。在一次由三部分组成的系列采访中，Burkhard Goeschel与ANSYS全球行业总监Rob Harwood分享了他对于汽车工业现状及前景的看法。第三部分主要介绍了他对电动汽车技术与市场的真知灼见。

快速变革的汽车行业思想领袖的观点

作为Magna前首席技术官，Burkhard Goeschel教授曾任BMW管理委员会成员，现任国际汽联(FIA)替代动力技术委员会主席，对汽车产业和汽车运动始终充满激情。在一次由三部分组成的系列采访中，Burkhard Goeschel与ANSYS全球行业总监Rob Harwood分享了他对汽车工业现状及前景的看法。第二部分主要介绍他的个人经历以及他对颠覆汽车行业的变革趋势的真知灼见。