金属增材制造的制备过程仿真软件开发 - 北京协同创新研究院
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金属增材制造的制备过程仿真软件开发

       2017年全球金属增材制造设备销量达到1768台,相比2016年增长率达到80%,且销售量呈指数型增长。预计2022年金属增材制造模拟软件市场规模超过40亿元人民币。然而由于缺乏可靠的模拟仿真软件,目前打印复杂金属零件的工艺包开发依赖于资深工程师经验以及反复实验,每个工艺包通常花费数百万人民币及数月时间开发。

       本项目开发的工艺包设计软件,可针对复杂的金属增材设计、增材制造进行模拟,使用显式时间积分求解能量方程温度项,可以将模拟整个零件热力学历史的挂钟时间缩短1000 倍以上,并预计通过GPU 加速进一步提高运算速度,且保持与商业有限元代码相同仿真精度。实验室已搭建运行快速金属成型仪(ARPI)进行送粉打印(DED),该设备可以控制局部加热和冷却,在验证实验中实现更加丰富的热力控制。软件可根据过程参数(例如加工路径,能量输入和材料性质等)精确可靠地预测所得部件的性能,大幅降低试错成本。目前,实验室已验证该软件对加工温度历史、拉伸强度等物理量的模拟精度高于同类软件,且模拟计算速度可以提升10-100倍。本项目在美国西北大学开发的零件尺度模型(GAMMA程序),该程序将采用西北大学进行实验验证,比较空间和时间变化的温度场,微观结构和材料特性,最终我们将提供高效且经过验证的热力仿真程序。

                               

过程-结构-性能(P-S-P) 仿真原理示意图