智能模拟技术:亚琛SEPP项目使金属部件的3D打印更加高效和准确

根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，智能模拟和人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更”灵敏的神经“以及”更准确的双手“，让加工变得更高效。

▲SEPP项目：开发3D打印智能模拟技术

© RWTH DAP

目前，3D打印在扩大生产规模时往往面临成本急剧上升的问题。这可能是由于生产效率不高、材料成本增加、设备折旧等因素造成的。这种成本的级数增长使得规模化生产变得不经济，从而难以实现盈利。

未来的增材制造技术将朝着自进化的方向发展，这意味着制造系统能够根据实时数据和反馈自我优化，不断改进生产效率和产品质量。”

3D科学谷发现

3D Science Valley Discovery

关键点：

德国亚琛完成的SEPP项目在模拟技术方面的创新主要包括以下几个方面：

• 简化的模拟模型：SEPP项目没有依赖于复杂且计算密集的模型，而是开发了简化的模拟模型，这些模型在保持足够准确性的同时，能够预测如变形等缺陷，适用于大型部件的模拟。

• 提高熔池尺寸计算的准确性：项目进一步开发了PBF-LB/M工艺模型，显著提高了熔池尺寸计算的准确性，这对于预测熔池几何形状和温度分布至关重要。

• 快速的温度场计算方法：项目开发了一种新方法，可以在不到一小时内完成温度场计算，这对于模拟过程的效率提升具有重要意义。

• 数值模型简化技术：成功实施了数值模型简化技术，能够快速计算宏观尺度上的温度和应变分布，进一步提高了模拟过程的效率。

这些创新成果不仅提高了制造质量，还为PBF-LB/M技术的工业应用提供了坚实的基础。

Insights that make better life

 智能模拟

基于激光的增材制造技术，例如使用激光处理粉末材料的 PBF-LB/M 工艺，为功能性金属部件的生产提供了几乎无限的几何设计自由。尽管具有这种潜力，但由于某些与工艺相关的限制，这些技术仅得到部分利用。这些限制会影响工艺区局部和整个部件的物理过程，从而导致残余应力和部件变形等问题。

为了解决这些缺点，SEPP（基于模拟的激光束粉末床金属熔合工艺分析，PBF-LB/M）项目在过去几年中一直致力于优化 PBF-LB/M 工艺的模拟。

SEPP项目是一个专注于优化基于激光的粉末床熔融（PBF-LB/M）工艺的模拟研究项目。该项目的目标是通过智能模拟技术提高金属部件3D打印的效率和准确性。项目团队开发了简化的模拟模型，这些模型足够准确，能够预测如变形等缺陷，同时避免了复杂且计算密集的模型。项目由德国研究联盟（Deutsche Forschungsgemeinschaft，简称DFG）资助，这是一个独立的全国性科学资助机构，负责资助德国高等院校和公共性研究机构的科学研究，是欧洲最大的科研促进机构之一。

SEPP 项目的目标是通过智能模拟技术使金属部件的 3D 打印更加高效和准确。该项目没有依赖难以应用于大型部件的复杂且计算密集的模型，而是寻求开发简化的模拟，这些模拟仍然足够准确，可以预测变形等缺陷。

该项目进一步开发了 PBF-LB/M 工艺模型，该模型已通过实验测量成功验证。熔池尺寸计算的准确性得到了显着提高。现在，一种新方法可以在不到一小时内完成温度场计算。3D科学谷了解到目前该项目在模拟镍基合金 Inconel 718 方面特别成功，可以准确预测熔池几何形状和温度分布。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

在PBF-LB/M工艺模型的开发上，SEPP项目取得了显著进展，特别是在模拟镍基合金Inconel 718方面。通过实验测量，项目验证了模型的准确性，并显著提高了熔池尺寸计算的准确性。项目还开发了一种新方法，能够在不到一小时内完成温度场计算，这对于预测熔池几何形状和温度分布至关重要。

这些结果为制定最小化残余应力和变形的策略奠定了基础。此外，SEPP项目还成功实施了数值模型简化技术，可以快速计算宏观尺度上的温度和应变分布，进一步提高了模拟过程的效率。还进行了实验变形测量，证实了模拟结果并为进一步优化模型提供了宝贵的数据。

SEPP项目通过智能模拟技术使金属部件的3D打印更加高效和准确，这些技术的应用为3D打印技术的发展和工业应用开辟了新的可能性。

该项目由 DGF – 德国研究联盟 (Deutsche Forschungsgemeinschaft Consortium) 资助，由RWTH DAP （亚琛工业大学数字增材制造生产研究所）和RWTH NLD联合完成。

RWTH DAP

RWTH Aachen University 的 Chair for Digital Additive Production (DAP) 亚琛工业大学数字增材制造生产研究所是一个专注于数字增材制造技术的研究和开发的部门。RWTH DAP 研究所涉及的研究领域包括增材制造过程链的所有垂直和水平元素，从组件设计、供应链、生产和组件处理到增材制造组件的应用属性。RWTH DAP 的研究重点在于面向可扩展规模化生产的增材制造设备、材料、设计、过程及系统技术的进一步发展，以及软件驱动的端到端过程。

RWTH NLD

RWTH Aachen的 Nonlinear Dynamics of Laser Manufacturing Processes (NLD) 是一个专注于激光制造过程中非线性动力学的研究和教学机构。RWTH NLD 与 Fraunhofer ILT-弗劳恩霍夫激光研究所、RWTH LLT亚琛工业大学激光技术、RWTH TOS光学系统技术和RWTH DAP 等机构合作，提供学生和毕业生的工作机会，并在激光技术领域进行基础和应用相关的研究。