增材制造仿真：一份關(guān)于最佳部件擺放和支撐設(shè)置的指南
時間：2019-06-27 15:00 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
增材制造最大的優(yōu)勢之一是實現(xiàn)部件的完全定制化。這項技術(shù)非常適合用于在諸如頜面外科等的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生產(chǎn)為患者定制化設(shè)計的植入體。這樣的植入體具有最佳的尺寸、形狀和機械性能。
生產(chǎn)顱頜面植入體的過程充滿挑戰(zhàn)。如果不進行熱處理，植入體在某些打印設(shè)置下會由于殘余應(yīng)力的影響，發(fā)生“回彈效應(yīng)”。這種“回彈效應(yīng)”會造成部件產(chǎn)生嚴重的形變，從而使植入體無法適配患者�；貜椥�(yīng)影響的大小取決于部件的擺放方式和支撐設(shè)置。然而，找到合適的設(shè)置是非常復(fù)雜且耗時的。
三分鐘內(nèi)對整個平臺進行仿真
正如我們在之前的仿真推送中解釋的，仿真是一種盡可能降低打印失敗率的強大工具。它為重要區(qū)域的擺放和支撐提供了有價值的反饋。讓我們看看仿真流程吧：
1、獲得部件和支撐設(shè)置的形狀
2、對部件進行體素化，并考慮支撐結(jié)構(gòu)的邊界條件
3、通過固有應(yīng)變法逐層進行打印仿真
4、將體素仿真結(jié)果對應(yīng)到部原始件
評估結(jié)果
為了進一步確認仿真結(jié)果，我們將仿真結(jié)果、打印完成的部件和原始設(shè)計進行了對比。如下圖，仿真和打印結(jié)果具有相同的誤差。上圖的設(shè)置與原始設(shè)計的誤差最大，中圖的誤差最小。
在這個案例中，我們用有限元仿真快速預(yù)測患者定制化顱頜面植入體在三種不同部件支撐設(shè)置情況下的整體形變情況。低精度的體素方法讓仿真速度更快，以提供對每種設(shè)置的定性形變趨勢的快速反饋。實物打印證實了在本研究的三個設(shè)置方案中，去除支撐后中間的方案形變最小。
因此，這個仿真案例也證實了仿真的強大預(yù)測能力對增材制造工程師是非常有價值的工具。通過使用Magics 仿真模塊，我們可以在生產(chǎn)前對設(shè)計進行評估，快速找到最優(yōu)的部件擺放和支撐設(shè)置。Materialise正借助近30年的增材制造經(jīng)驗，開發(fā)增材制造專業(yè)仿真功能，讓我們的增材制造流程更加便捷。
定制化顱頜面植入體
3D打印顱頜面植入體的挑戰(zhàn)生產(chǎn)顱頜面植入體的過程充滿挑戰(zhàn)。如果不進行熱處理，植入體在某些打印設(shè)置下會由于殘余應(yīng)力的影響，發(fā)生“回彈效應(yīng)”。這種“回彈效應(yīng)”會造成部件產(chǎn)生嚴重的形變，從而使植入體無法適配患者�；貜椥�(yīng)影響的大小取決于部件的擺放方式和支撐設(shè)置。然而，找到合適的設(shè)置是非常復(fù)雜且耗時的。
回彈效應(yīng)
在這個案例中，我們研究了患者定制化顱頜面植入體的不同支撐設(shè)置方式，并確定了哪種設(shè)置方式產(chǎn)生的回彈效應(yīng)最小，因而也最合適3D打印。我們通過精確校準的固有應(yīng)變方法來確定去除支撐后部件的最終形變。我們還通過與打印完成的部件進行對比確認了仿真結(jié)果。三分鐘內(nèi)對整個平臺進行仿真
正如我們在之前的仿真推送中解釋的，仿真是一種盡可能降低打印失敗率的強大工具。它為重要區(qū)域的擺放和支撐提供了有價值的反饋。讓我們看看仿真流程吧：
1、獲得部件和支撐設(shè)置的形狀
2、對部件進行體素化，并考慮支撐結(jié)構(gòu)的邊界條件
3、通過固有應(yīng)變法逐層進行打印仿真
4、將體素仿真結(jié)果對應(yīng)到部原始件
展示步驟2：3種不同部件擺放的體素化
我們決定專注于仿真速度，因此部件體素精度相對較低。我們的目標不是對每種設(shè)置的確切形變進行仿真，而是要定性地確定哪種設(shè)置的形變最小。只需3分鐘，我們就對整個體素平臺進行了仿真。評估結(jié)果
移除支撐結(jié)構(gòu)后的形變仿真
我們使用Magics仿真模塊進行仿真并查看結(jié)果。選擇性加載Magics中最相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)的功能進一步改善了尋找最佳擺放角度的工作流。以下圖片展示了三種不同的部件支撐設(shè)置和去除支撐結(jié)構(gòu)后的顱頜面植入體形變的仿真結(jié)果。如您所見，中間那張圖的部件支撐設(shè)置變形最小，它沒有包含任何紅色或黃色區(qū)域。為了進一步確認仿真結(jié)果，我們將仿真結(jié)果、打印完成的部件和原始設(shè)計進行了對比。如下圖，仿真和打印結(jié)果具有相同的誤差。上圖的設(shè)置與原始設(shè)計的誤差最大，中圖的誤差最小。
仿真結(jié)果、打印完成的部件和原始設(shè)計進行對比
尋找最小形變在這個案例中，我們用有限元仿真快速預(yù)測患者定制化顱頜面植入體在三種不同部件支撐設(shè)置情況下的整體形變情況。低精度的體素方法讓仿真速度更快，以提供對每種設(shè)置的定性形變趨勢的快速反饋。實物打印證實了在本研究的三個設(shè)置方案中，去除支撐后中間的方案形變最小。
因此，這個仿真案例也證實了仿真的強大預(yù)測能力對增材制造工程師是非常有價值的工具。通過使用Magics 仿真模塊，我們可以在生產(chǎn)前對設(shè)計進行評估，快速找到最優(yōu)的部件擺放和支撐設(shè)置。Materialise正借助近30年的增材制造經(jīng)驗，開發(fā)增材制造專業(yè)仿真功能，讓我們的增材制造流程更加便捷。
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