基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

在DED(Directed energy deposition定向能量沉积,下述简称DED)增材工艺过程中,由于零部件的重复加热,极易产生部件的变形问题。借助海克斯康专业的金属定向能量沉积仿真软件Simufact Welding,能够对目标件进行瞬态数值模拟,在得到变形结果后输出反变形补偿结果,从而大大减少必要的实际物理试验次数,降低企业成本。

基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

Simufact Welding沉积3D打印仿真

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实际案例

基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

此次对标案例选择具有薄壁、弯曲特征的涡轮叶片进行DED增材制造。模型信息:材料为316L,粉末粒度为45μm~106μm、基板尺寸100mm X 100mm X 6mm(长宽高)、叶片前缘到尾缘最大弦长约75mm打印了部分高度约50mm。后续借助CAM软件对工件进行了切片与刀路设计,并生成了对应的G-Code文件。采用同轴送粉设备进行打印:激光功率400W、进给速度0.6m/min、光斑直径0.6mm、送粉速度7.5g/min、层高为0.6mm。在实际加工制造结束后,采用了 GOM ATOS Triple Scan扫描仪进行了高精度的测定,测量误差在3μm内。

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DED增材加工的零部件

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仿真分析

基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

针对DED工艺仿真分析,Simufact Welding软件增加了定义单元集、G-Code导入、按照热源及路径自动分配单元集等高效功能,借助上述功能,用户可以对繁琐且重复的DED工艺仿真模型进行快速建模。

仿真建模关键信息:热效率0.6、线性六面体 格17万、最小单元边长1.2mm、配合最高2级焊接自动细化(实现最小单元0.3mm)、全瞬态分析、400条轨迹。

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仿真结果

基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

将仿真结果与实际扫描仪测量结果进行对比分析后发现,本次借助Simufact Welding进行仿真分析的精度良好,无论是定性趋势上还是定量分析上,试验结果都与仿真结果吻合良好。分别对凹面、凸面、侧边三个视角进行了对比展示,如下图所示。

基于Simufact Welding定向沉积增材仿真的几何变形补偿

为方便对比分析,在叶片的凹面和凸面各取了6个点,并提取数据进行了对比,如下表所示:

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