3D Printing Corporation 運用多物理模擬最佳化積層製造服務

隨著技術進步不斷影響著全球產業，積層製造 (AM) 變得越來越受歡迎。其全球市場在 2030 年預計會達到 $761.6 億，在整個預測期間 (2022-2030 年) 以 20.8% 的複合年成長率增長。¹

環境問題也在其中扮演一個角色，因為公司正在尋找提高效率、同時降低材料成本的方法。為了實現這種平衡，許多製造商正在擁抱數位轉型，並採用新的技術和方法。模擬和 AM 可讓製造商在列印前進行設計、測試和驗證 3D 零件，藉此支持這種轉變，可節省時間、材料和成本，同時有助於提升零件品質。

設於日本的美商 3D Printing Corporation, K.K.(3DPC) 提供策略性 3D 列印服務的一站式商店，藉此結合模擬與 AM 以幫助製造商開發替代供應鏈。為了保護供應鏈和讓製造商能夠準備好應對意外中斷，3DPC 為製造商提供 AM 零件和服務，以最佳化及數位化其工作流程。從玩具公司到太空站，3DPC 的合作範圍遍及許多產業和市場。

3DPC 透過 Ansys 新創公司計畫取得經濟實惠的 Ansys 多物理模擬工具，使用 Ansys 模擬來確保其 3D 列印零件和材料的準確度和耐用度。透過 Ansys 預測性準確分析，3DPC 可驗證工程動力學，包括結構完整度、熱問題、液體流動和衝擊，同時降低材料成本、最佳化其 AM 服務和增加其客戶群。

接受挑戰：模擬緩解了積層製造難題

3DPC 使用各種不同材料，包括樹脂、金屬和複合材料。預測變形在 AM 中至關重要，這樣才能成功構建零件、降低成本並避免大量列印錯誤。3DPC 在事前使用 Ansys 的多重物理量模擬工具來分析和預測熱變形，並改變參數。

在建造零件時平衡強度和重量，同樣也相當重要。製造商尋求堅固的零件，而客戶則要求其重量輕。為了達到此一平衡，3DPC 使用熔融沉積建模 (FDM) 方法搭配 Ansys Mechanical 和應用拓撲最佳化。該團隊在考慮到 FDM 方法各向異性的情況下評估強度，並將此應用在拓撲最佳化的模型中。在使用此方法的一個範例中，3DPC 在不降低強度的情況下，成功將重量減輕 20%。藉由使用 Ansys 模擬，該團隊能夠變更如邊界條件等設定和參數，直到達到所需的比率。

對於熱分析，3DPC 整合評估熱交換效率的 Ansys Fluent，以及使用粉床式熔融 (PBF) 法來預測熱變形的 Ansys Additive Suite。此外，3DPC 使用 Ansys LS-DYNA 來評估彈性體材料的衝擊吸收，和用 Ansys Discovery 來分析網格資料。

3DP 執行長 Alexander De Vore 表示：「若沒有 Ansys 新創公司計畫，我們當時就無法採取行動探索 Ansys 提供的各種不同模組產品。」「其中一些產品對我們流程的不同部分帶來了意想不到的好處。因此，廣泛瞭解 Ansys 產品幫助我們探索新的方法，為現有業務增加價值。」

除了減輕零件的重量，3DPC 也減少了材料使用量並提高了零件性能。例如，Ansys 的工具幫助 3DPC 量化 AM 零件 (例如晶格緩衝墊) 的硬度和/或柔軟度。。這種洞察力不僅改善了零件的品質，還使3DPC能夠通過模擬來虛擬展示零件特性，從而為客戶提供更強大的商業方案。憑藉這些優勢，再加上 Ansys 快速的模擬週轉時間，3DPC已經減少了銷售時間、加速了生產過程，並吸引了新客戶，從而實現了更高的投資回報率（ROI）。

透過模擬滿足客戶需求

3DPC 提供四項主要服務：設計工程，包括如 PBF 和熔絲製造 (FFF) 等各種 AM 技術；透過 3DPC 日本工廠的內部設備製造；硬體整合諮詢；以及可讓客戶以電子方式下單並追蹤訂單狀況的數位平台。

通常，3DPC 的客戶包括須要能快速取得零件的組織、想要運用 AM 幾何的高性能組件的組織，或正在考慮全體採用 AM 但不確定該如何開始的組織。

為滿足客戶的快速零件製造需求，模擬幫助 3DPC 數位化類比組件，並在更短的時間內依據客戶規格訂做零件。在一個實例中，3DPC 幫助一個擁有全球業務的大型組織將前置時間縮短了大約 20%。

De Vore 表示：「我們能夠使用多年來開發的一些軟體模型和設計啟發法，來避免大量的試驗和錯誤。」

對於希望使用 AM 幾何強化零件效能的客戶，模擬可幫助 3DPC 克服常見的挑戰，例如重量方面的工程動力學、熱動力學和電磁屬性。大多數的客戶都已探索過傳統幾何，並想透過 AM 尋求新的功能。3DPC 藉由整合材料選擇到性能測試和材料開發的服務，來滿足這些需求。

隨著 AM 的吸引力持續增加並愈加受到歡迎，許多企業都受到此技術吸引，但不熟悉其運作流程。對於這些潛在客戶，3DPC 提供硬體諮詢，來評估特定需求並討論可能的解決方案。

未來製造

藉由將 Ansys 的模擬整合至整個 AM 流程中，3DPC 可以應用重要資料導向深入見解，而團隊認為這些見解至關重要。

De Vore 表示：「這種數位建模非常重要，因為 AM 是一個循序流程。」

此後，新創公司將使用 Ansys 的模擬持續強化其業務，並計劃透過深入探索工具和考慮數位儲存解決方案來提高資料深入見解。展望未來，這家新創公司將繼續通過使用 Ansys 的模擬技術來提升業務，並計劃通過進一步探索工具和考慮數據儲存解決方案來增加數據洞察力。

De Vore 表示：「當我們展示模型結果給新客戶時，一些最好的成果之一是贏得了他們的青睞，」「通過整合 Ansys 的結果，減少我們的銷售時間並贏得原本無法獲得的客戶，為企業帶來了非常正面的投資回報率（ROI）。」

Ansys 致力於確保為新興創新者提供能夠負擔得起並獲取領先的模擬工具。深入瞭解 Ansys 新創公司計畫。

參考資料

1. ^"Additive Manufacturing Market Size, Share & Trends Analysis Report by Component, by Printer Type, by Technology, by Software, by Application, by Vertical, by Material, by Region, and Segment Forecasts, 2022-2030.” Research and Markets, April 2022.