MTC は 3D プリントのワークフローに革命を起こす新しいシミュレーションアプリケーションを開発しました

最近、MTC (Manfufacturing Technology Center) は、3D プリントエコシステムの多くのメーカーにとって非常に便利なシステムである新しいアプリケーションを開発しました。チームはシミュレーションソフトウェアを使用してコンポーネント設計をテストしており、最近では複数の異なる部門が製造された部品のパフォーマンスを時間の経過とともにシミュレートできるアプリケーションの開発を開始しました。これにより、設計フェーズでのコンポーネントの改善とワークフローの合理化を目的とした多分野にわたるコラボレーションが促進されます。

MTC は主に航空宇宙企業を対象としており、設計やプロトタイプを提供し、顧客の業務を最適化するための新しい 3D 印刷技術を研究しています。 DLM 3D プリンティングはレーザー粉末床融合法の一種であり、最も一般的に使用されている技術の 1 つです。これは解像度と精度の点で明らかな利点がありますが、欠陥も比較的よく見られます。高い温度勾配と急速な冷却による熱サイクルにより、堆積中に残留応力が生じ、これにより微細構造が徐々に変化し、最終部品の変形につながります。

製造工程を全面的に見直さなければ、こうした変形を避けるのは困難だったでしょうが、MTC は部品製造工程で必要な精度と品質基準を維持するための独創的な方法を考案しました。研究チームは物理シミュレーションを使用して変形がどのように起こるかを予測し、そこから逆算して作業を進めました。これにより、デザイナーは初期デザインを適宜調整することができます。

MTC の物理シミュレーション部門のグループリーダーであるボルハ・ラザロ・トラレス氏は、次のように語っています。「部品の製造中に生じる応力と変形を予測するシミュレーションを作成しました。これにより、印刷プロセス中に部品がどのように変形するかを明確に理解できるようになりました。」「この情報を入手したら、部品設計の歪みを反転して、事前に歪みを考慮して、最終製品が実際に望む形状にねじれるようにすることができます。」

チームは、仮想設計のテスト、検証、パフォーマンス予測に COMSOL Multiphysics ソフトウェア環境を定期的に使用しています。このプラットフォームでは、COMSOL モデルに基づいて小規模なアプリケーションを開発できます。彼らが開発したアプリケーションは、物理シミュレーションを使用して構造物の変形を予測することができ、元のシミュレーションモデルを理解したり、製造プロセスに関するすべての知識を必要とせずに、設計者、研究者、エンジニアが使用できます。

「従来の積層造形モデルは、微細構造に至るまで非常に詳細です。しかし、計算コストの面から、ビルドの大きな部分をシミュレートするのには適していません」と、Toralles 氏は説明します。「とてつもなく時間がかかります。しかし、印刷プロセス中に部品全体がどのように動作するかを理解する必要があります。これを避けるために、印刷バージョンの層を凝集し、実験データに基づいて解析温度場を適用します。これにより、解析時間が短縮されますが、正確なソリューションが提供されます。」

COMSOL モデルの入力パラメータはアプリケーションに合わせてパラメータ化されており、材料特性、集中層の厚さ、パーツ上のビルドプレートの固定、メッシュ要素のサイズなどが含まれます。つまり、同じモデルを航空機グレードのチタンからステンレス鋼までさまざまな材料に使用できるため、あらゆる形状やサイズの部品をテストできます。このアプリケーションはオンラインで利用可能で、シミュレーションエンジニアや部品設計者による解析用に設計されています。異なる部門間のギャップを埋めるために、特定の種類の変更をブロックし、不注意によるエラーの発生を防ぐ機能がアプリケーションに組み込まれています。つまり、部品に関係するすべての人が同じ予測モデルにアクセスでき、お互いに情報を簡単に共有できるということです。アクセス性が向上することで、プロトタイピングのワークフロー全体がさまざまな顧客に合わせて最適化されます。

出典: YT3D情報

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