• 分類：應用項目
• 發佈時間：2023-07-11 15:30
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【概要描述】在歐洲航太工業中，政府和私人機構通過工程獨創性和開拓精神正在努力實現一個共同目標——太空技術的進步。增材製造為該領域提供了許多優勢，系統集成商已經使用它來生產優化的零件，甚至火箭內的大型部件。

然而，在航空航太領域推廣增材製造技術，仍然需要克服工藝難題和零件特定的難點。 Oqton 的金屬增材製造仿真技術幫助製造商能夠預測稱為應力收縮線的微變形位置和嚴重程度，從而使推動行業向前邁了結實、穩住的一小步。

除了增材製造零件的宏觀過程引起的變形之外，其表面上還可能出現細小的水準變形。這種現象沒有正式名稱，但通常被稱為收縮線或應力收縮線。

 



在歐洲航天局資助的一個專案中，Oqton、OHB SE 和 Fraunhofer IAPT 之間的合作改進了增材製造的收縮線預測。

如果製造商知道線條將出現在哪里，通過設計優化、工藝改進則可以避免或改善此問題，比如，修改設計以防止形成收縮線或將其重新遠離關鍵點的位置。這些調整中的任何一個都將通過消除不必要的列印迭代，從而減少時間和節約材料。

Oqton 的增材製造工藝仿真專家團隊與歐洲航太工業系統集成商 OHB SE 和增材製造技術研究機構 Fraunhofer IAPT 合作，在歐洲航天局（歐空局）資助的一個專案中改進了收縮線預測技術。

OHB System AG 是 OHB SE 的子公司，致力於探索航天器和衛星的新技術。他們七年前開始從事增材製造工作，並在外部供應鏈的支持下迅速在該領域積累了深厚的經驗。

OHB 是 AMFLEX 的主要合作夥伴，該專案旨在開發和改進 3D 列印撓性部件的設計和製造工藝。 AMFLEX 是 ESA 通用支持技術計畫（GSTP 合同號 4000138069/22/NL/KML）的一部分，該計畫通過開發未來太空任務所需的技術、專業知識和能力，將工程概念轉化為可用產品。

收縮線在光學機械零件中尤其成問題，它們會引起表面誤差，從而導致零件品質嚴重下降。由於 OHB 正在開發用於光學儀器的 3D 列印鏡子，因此這是一個通過過程模擬解決問題的好機會。

“該專案的首要任務之一是找出 Oqton 的模擬技術需要進行哪些改進，以便我們將光學儀器安裝在輕薄、3D 列印零件上，”增材製造的 Marco Mulser OHB System AG 的協調員解釋道。 “其次，我們希望 Oqton 實現這些增強功能並用在實際零件上進行測試。”

OHB 計畫將 Oqton 的收縮線預測技術納入他們將作為 AMFLEX 一部分創建的光機械組件的設計中。 Mulser 補充道：“我們將使用 Oqton 的列印模擬來預先計算收縮線，以適應鏡子的設計，並將收縮線放置在對光學性能影響輕微的地方。”

收縮線本質上代表凹口或尖銳的凹槽。在快速模擬中很難準確地捕捉宏觀和微觀層面上促成其形成的不同機制，但我們知道它們會降低零件的尺寸精度，並且是潛在的故障點。鋁和銅——航空航太應用中使用的兩種主要材料——特別容易發生這種類型的變形。

變形在金屬增材製造中很常見，現有的仿真工具（例如 Oqton 的 Amphyon 和 3DXpert）可以很好地預測和補償它們。然而，由於收縮線的尺寸較大，用標準方法更難處理。

通常的解決方案是在後處理過程中進行打磨、拋光，但這會帶來巨大的額外成本，有時需要犧牲零件的功能性才能解決收縮線問題。

AMFLEX 聯盟在之前專案中的零件的一部分上測試了收縮線模擬。他們模擬了列印平臺上同一部件的三個不同方向，發現改變角度可以有效減少收縮線的影響。 IAPT 列印的測試部件與模擬預測有著令人印象深刻的相似之處。

 



改變列印平臺上零件的角度可以減少收縮線的影響

 

減少計算時間

 

作為 AMFLEX 專案的一部分，Oqton 團隊還減少了模擬演算法內核 Amphyon 的計算時間，顯著提高了效率。

在過程模擬中，通過將複雜對象劃分為更小的部分來創建稱為有限元網格。網格的數量決定了模擬的計算量。

有時，零件的體積很大，例如 10,000 cm3，但厚度卻只有 0.4 毫米。將整個零件劃分為邊長為 0.4 毫米的有限元，將導致在過程模擬的每個階段需要求解超過 1.56 億個有限元和超過 4.68 億個方程。模擬此類數值問題需要大量的計算工作和時間。

為了確保快速模擬，網格內有限元的總數應盡可能小，單元數應盡可能大。另一方面，零件的某些區域（例如薄壁）需要更小的單元來保留高度的細節和精度。

有限元網格通常組合不同尺寸的元素。這種自適應網格劃分是模擬中的標準程式，並且從一開始就在 Oqton 的模擬引擎中實現。 Oqton 團隊在 AMFLEX 期間取得的成果是增強了網格生成的適應性。

目標始終是在計算工作量和模擬精度之間取得平衡。我們希望進行高度詳細的計算，這將改善流程結果，並在設計迭代和流程準備期間節省盡可能多的時間。

Oqton 在 LPBF 製造的測試部件上應用了這種新方法，取得了令人印象深刻的結果。在第一次測試中，與之前使用的自適應方法相比，改進的網格劃分功能將單元數量從 63 萬個減少到 42 萬個，計算時間驚人地減少了 40%。

 



Oqton 減少了模擬內核 Amphyon 的計算時間

 

Next

 

計算時間的縮短和收縮線預測的改進將在 AMFLEX 專案的下一階段發揮重要作用。 OHB 和專案合作夥伴 Fraunhofer IAPT 將使用它來設計用於航天器儀器的新型光學機械組件。

“AMFLEX 中要開發的鏡子是測試模擬技術的絕佳候選者。它既具有精緻的結構，例如集成安裝特徵上的薄壁，可以使用標準網格參數製成，也具有粗片段，其中粗網格可能更合適。這種組合將使計算時間大大縮短。”Mulser 總結道。

 

源文摘自：Opton