增材制造仿真：一份關于最佳部件擺放和支撐設置的指南

增材制造最大的優(yōu)勢之一是實現(xiàn)部件的完全定制化。這項技術非常適合用于在諸如頜面外科等的醫(yī)學領域，生產為患者定制化設計的植入體。這樣的植入體具有最佳的尺寸、形狀和機械性能。

定制化顱頜面植入體

3D打印顱頜面植入體的挑戰(zhàn)
生產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置下會由于殘余應力的影響，發(fā)生“回彈效應”。這種“回彈效應”會造成部件產生嚴重的形變，從而使植入體無法適配患者�；貜椥�應影響的大小取決于部件的擺放方式和支撐設置。然而，找到合適的設置是非常復雜且耗時的。

回彈效應

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置方式，并確定了哪種設置方式產生的回彈效應最小，因而也最合適3D打印。我們通過精確校準的固有應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果。

三分鐘內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、獲得部件和支撐設置的形狀
2、對部件進行體素化，并考慮支撐結構的邊界條件
3、通過固有應變法逐層進行打印仿真
4、將體素仿真結果對應到部原始件

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置的確切形變進行仿真，而是要定性地確定哪種設置的形變最小。只需3分鐘，我們就對整個體素平臺進行了仿真。

評估結果

移除支撐結構后的形變仿真

我們使用Magics仿真模塊進行仿真并查看結果。選擇性加載Magics中最相關的仿真數(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置和去除支撐結構后的顱頜面植入體形變的仿真結果。如您所見，中間那張圖的部件支撐設置變形最小，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果，我們將仿真結果、打印完成的部件和原始設計進行了對比。如下圖，仿真和打印結果具有相同的誤差。上圖的設置與原始設計的誤差最大，中圖的誤差最小。

仿真結果、打印完成的部件和原始設計進行對比

尋找最小形變
在這個案例中，我們用有限元仿真快速預測患者定制化顱頜面植入體在三種不同部件支撐設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，我們可以在生產前對設計進行評估，快速找到最優(yōu)的部件擺放和支撐設置。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。

仿真軟件試用
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希望能学习一下