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Performance Advisor 简介:只需单击按钮即可获得强度更高的零件

坚固耐用的 3D 打印零件是 Markforged 的一项重要差异化优势,也是广大企业青睐 Markforged 旗下增材制造解决方案的重要原因之一。要想使用 Markforged 打印机制造出高强度的零件,我们首先需要在 Eiger 中完成打印设置。其中的几项设置会对零件的强度(性能)产生影响,有些设置的影响要明显大于其他设置。例如,应用连续纤维增强工艺无疑会大大提升零件的强度,但额外增加壁层或调整填充密度的影响则存在一些不确定性。此外,尽管我们希望提升零件的强度,但这种需求不能造成材料成本和打印时间的大幅上升。综上所述,理想的打印设置应该在提升零件强度和生产效率的同时,有效控制成本和打印时间的上升。


客户可以使用我们的 Simulation 工具来探索调整打印设置对零件性能的影响,进而优化成本和打印时间。然而,在使用 Simulation 时必须要用到已知的用例,也就是零件的装载方式及其在运行过程中与其他对象交互的方式——而我们往往无从知晓这些信息。


如果我们可以在不指定用例的情况下优化零件的性能,如果所有优化工作都可以在全自动模式下轻松完成,那又会怎么样呢?

自动获得强度更高的零件

为了应对这一挑战,我们开发出了一种新颖的零件性能分析方法,在通过推荐打印设置显著提升零件强度的同时,将所增加的成本和打印时间控制在最低水平。

全自动化运行是该工具最重要的优势,用户无需输入任何信息即可生成所需的结果。当您在 Eiger 中保存零件后,Performance Advisor 就会自动分析该零件并给出推荐的打印设置;这些设置能够在默认设置的基础上显著提高零件强度,同时有效控制材料成本和打印时间。作为用户,您可以随意决定是否要以增加成本和打印时间为代价来提升零件的性能。您可以一键应用推荐设置,也可以忽略推荐设置并继续执行 Eiger 工作流程。

为了将零件的强度提高 43% 而增加 25 分钟的打印时间和 0.40 美元的材料成本,这样做是否值得?选择权完全在您手中。

工作原理

接下来,我们将为您详细介绍一下 Performance Advisor 背后的技术支持。我们的工程师开发出了一种基于物理的分析方法,以解决如何在没有用例的情况下执行结构分析的问题(目前我们正在为其申请专利)。在不指定用例的情况下,该方法可以利用零件几何形状的自然振型(特征模态)来探索打印设置对零件性能的影响。


下图显示了某 L 形支架最低能量特征模态的特征形状。这就是该零件的自然振型之一。您可以想象一下将这个零件打印出来,然后用手来弯折该零件后的样子——这很可能就是您将得到的形状,也就是抗弯强度最小的形状(或模态)。该形状能够为 Performance Advisor 提供零件中最易受变形和应力影响的区域的相关信息,从而帮助其分析出能够强化此类区域的打印设置。

某支架的最低能量自然振型(特征模态)。为了突出该形状,系统故意夸大了实际的变形幅度。

第一步是要计算出最低能量特征模态。第二步是要运行由机器学习驱动的优化程序,利用以下三个变量对打印设置进行评分:


  • 强度

  • 材料成本

  • 打印时间


强度高、成本低且打印时间短的设置将被视为最佳打印设置。这也正是 Performance Advisor 力求给出的推荐配置。

限制因素

随着时间的推移,Performance Advisor 的功能将会不断增强。对初始版本而言,主要的限制因素包括:


  • Onyx 是唯一可用的支撑材料。

  • 仅可调整“壁层”、“顶层”和“底层”三项打印设置。

  • 填充模式为三角形填充,且默认填充密度保持不变。

  • Performance Advisor 可能无法分析 STL 网格过于复杂的零件。

利用 Simulation 执行更高水平的强度分析

用户可以方便、快捷地利用 Performance Advisor 获取强度更高的零件——尤其是在没有已知用例的情况下。对于存在已知用例的应用,Simulation 将是您的首选工具。


用户可以利用 Simulation 配置一个用例(以表示现实中的零件装载方式),随后系统会计算出一个安全系数,以提供关于零件强度的估计值,而非像 Performance Advisor 一样给出强度比。此外,如果零件存在特定的强度要求(例如要求零件具有最小安全系数),则 Simulation 可以优化打印设置,从而在满足安全系数要求的同时,将材料成本和打印时间保持在最低水平。


将这些额外的用户输入信息与我们专为丝材熔融制造 (FFF) 工艺量身打造的有限元求解器结合使用,可得出比 Performance Advisor 更加真实、准确的强度估计值。

Simulation 能够考虑到零件的实际应用情况,能够提供比 Performance Advisor 更为详细、深入的分析数据。

Simulation 和 Performance Advisor 的主要区别体现在以下方面:


  • 用例
    • Simulation 需要用到具体的用例,这意味着所生成的结果将基于零件在现实中的使用方式。

    • Performance Advisor 则与用例并无关联。这意味着通过计算得出的强度比与零件在运行过程中的装载方式无关。

  • 强度
    • Simulation 能够计算出一个安全系数,以告知您零件开始失效时的载荷状况。

    • Performance Advisor 可以给出推荐设置零件相对于默认设置零件的强度提升情况。但这并不能帮助您掌握零件的可承受载荷情况。

  • 技术
    • Simulation 基于一款专为丝材熔融制造 (FFF) 方法量身打造的有限元分析 (FEA) 引擎。

    • Performance Advisor 采用了一种以零件的最低能量特征模态为基础的分析方法;目前该方法正在申请相关专利。

  • 可用性
    • Digital Forge 订阅计划高级版提供了 Simulation 功能。如果您希望了解更多有关 Simulation 的信息,请联系我们以便咨询详情。

    • Performance Advisor 可供所有在 Eiger 组织中注册了打印机的用户免费使用。

摘要

用户无需输入任何信息,即可方便、快捷地利用 Performance Advisor 自动获取强度更高的零件。该工具无需指定用例,可以使所有 Markforged 产品的客户领略到仿真工具的诸多优势。最重要的是,Performance Advisor 既能为您带来更加强韧、耐用的零件,又能在材料成本和打印时效之间寻找到最佳的平衡点——您仅需单击按钮,一切就会唾手可得。


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