增材制造 (AM) 或“3D 打印”技术提供的设计自由度是尖端产品创新的重要推动因素。作为数字制造革命的一部分，增材制造可以从根本上简化复杂零件的生产，同时提高功能性能、减轻零件重量并最大限度地减少组件数量。

然而，为了充分利用 AM 的独特功能，需要优化补充软件工具以满足“增材制造设计”(DfAM) 规则和指南的新要求。 Dassault Systèmes 是世界领先的 3D 设计软件、3D 数字模型和产品生命周期管理 (PLM) 解决方案供应商，与雷尼绍合作简化其 3DEXPERIENCE® 平台，以提供毫不妥协的端到端 AM 设计体验。

背景

3DEXPERIENCE 平台包含一整套 3D 软件应用程序，支持从设计和开发到仿真和可靠性分析的完整产品生命周期。用户可以在本地或云端使用，并可通过单一用户界面访问，它支持创建“社会企业”，使产品创新过程中的协作变得更简单、更高效。

拓扑优化是 3D 零件制造过程中的关键步骤，可确保在定义的空间内充分优化材料使用。达索系统的衍生式设计 CATIA 应用程序提供了由 3DEXPERIENCE 平台提供支持的产品建模。

Dassault Systèmes 的配套 DELMIA 软件应用程序使用户能够在模拟生产环境中设计和测试产品。重要的是，该软件管理产品构建设置和 AM 系统所需的激光（扫描）工具路径的生成。整个 AM 构建过程的仿真，包括完整的产品应力分析和变形预测，是使用 3DEXPERIENCE 平台的仿真应用程序进行的。

在与达索系统的密切合作中，雷尼绍采用了广泛的先进精密制造和计量产品。其中包括采用激光粉末床融合技术的旗舰 RenAM 500M 金属增材制造系统、QuantAM 构建准备软件、机床探测系统、Equator™ 测量系统和带有 REVO 5 轴测量系统的 CMM。

雷尼绍将其技术应用于构建过程的表征、设计验证和最终减材加工操作的自动化过程控制。这些与 3DEXPERIENCE 平台的应用程序相结合，提供了无缝的 AM 流程和所需的端到端制造解决方案。

挑战

Dassault Systèmes 和 Renishaw 工程师面临的主要挑战是实现他们各自的虚拟和现实世界 - 3D 设计、测试和分析软件以及金属 3D 打印的一致性。遵循真实的 AM 构建规则所需的软件。此次合作旨在使 AM 设计和制造过程合理化，以便制造商可以从昂贵的“设计-建造-测试”方法转变为“一次成功”方法。

更具体地说，该项目最终旨在消除以通用 .STL 三角文件格式导出本地 CAD 源文件的任何需要——长期以来，这种导出被证明会引入制造错误，并且是连续产品版本控制中失去质量控制的主要原因。

解决方案

该软件增强项目使用汽车行业的 3D 设计创新作为演示和测试机制，以达索系统概念车 Bleu 的未来派车门铰链的设计和制造为基础。铰链是一种复杂、轻便、双叉骨类型的组件，向达索系统和雷尼绍工程师展示了一个真实的生产场景，需要密切关注结构优化、多材料设计和零件整合。

在 3DEXPERIENCE 平台内工作，使用 CATIA 衍生式设计功能生成了激进的 3D 铰链设计。 DELMIA 应用程序生成的相关刀具路径在输出到 RenAM 500M 系统之前被导入到 QuantAM 中进行额外处理。

按照铰链设计调整、模拟、打印和精度检查的迭代闭环序列，确定需要集成到 3DEXPERIENCE 平台软件中以实现最佳 3D 设计和打印的特定 AM 构建规则。

雷尼绍为其 QuantAM 软件提供了一个应用程序编程接口 (API)，供 Dassault Systèmes 使用，以集成到 DELMIA 应用程序中，以生成一次性正确的 3D 打印工具路径。

结果

作为 Dassault Systèmes 和 Renishaw 合作的直接结果，3DEXPERIENCE 平台用户现在可以从现有的本地 CAD 环境中直接打印到完整的 Renishaw AM 系统。无需将数据文件导出到外部系统进行额外的后处理。

增强的 CATIA、SIMULIA 和 DELMIA 应用程序意味着现在可以自动优化创新的 3D 产品设计，以便在 Renishaw AM 系统上进行制造和最终功能性能。因此，从一开始就可以更准确地生产零件，从而节省交货时间和材料成本。

3D 设计软件开发和项目的最终副产品“Bleu”概念车的概念铰链的关注焦点也为 3D 设计和打印所带来的好处提供了进一步的现实世界证据。 CATIA 产品设计设计显示在“挑战”部分的图像中。完成的铝制印刷部件本身显示在“解决方案”部分中显示的图像中。

虽然在这种情况下，原始和优化的零件体积几乎相同，但所有支撑结构都从铰链设计中移除，从而创造出更优雅、更可靠且更简单的汽车产品。

达索系统 SIMULIA 增材制造和材料总监 Subham Sett 评论道：“与雷尼绍一样，达索系统致力于提供简化 3D 设计和打印技术与各种生产环境集成的解决方案。这种共同的想法有助于项目的成功。 Dassault Systèmes 提供功能生成设计和物理支持的制造模拟，这是金属 3D 打印工艺链的关键部分。”