设计仿真 | Simufact Additive增材制造支撑创建功能

增材制造工艺作为近年来制造行业的顶流，一直备受各行业关注。除了率先大范围展开增材制造应用的航空行业，在汽车、电子乃至医疗行业也都有了不俗的进展。深谙增材制造工艺的学者都直言：使用3D打印简单，但应用好比较难。那是因为这其中确实包含多学科的知识、技术，需要逐一击破。要想打印好一个零件，需要多项关键技术的夹持，其中很重要的一点就是支撑结构。而支撑结构可研究的点又有很多，最常见的就是支撑结构的类型，其次是支撑的疏密、支撑的材料、支撑的打印参数等。支撑结构的合适与否将会直接决定打印的成败，优良的支撑结构不仅可以协助零部件成功打印，也可以做到在无论是在支撑去除上还是成本控制上都非常友好。

在设计金属支撑结构时需要达到的要求有很多。一方面，它们需要抵消金属粉床熔融工艺中产生的应力，保证与零件的友好连接避免分离，达到充分固定住零件的作用；另一方面，它们需要传导打印过程中产生的热量，防止粉末过度熔融造成表面质量不佳，减少单层热量聚集和热应力的产生；此外也需要考虑其去除难易程度、耗费成本等问题。简而言之，要设计增材制造所需的优质支撑结构，需要在保证将零件固定到位并抵消应力的情况下，将合适的支撑结构置于适当的位置，然后考虑如何减少支撑数量、方便快捷地进行后处理。

常见的支撑设计类型有块支撑、体支撑、壳支撑、圆柱（棱柱）支撑、线支撑、点支撑、树状支撑、锥支撑、悬垂块支撑等等。

海克斯康Simufact Additive是专业的金属增材制造工艺仿真解决方案，除了具有强大的分析求解能力、预测和解决打印问题之外，其本身也可以创建多种支撑类型。且其创建支撑的方法非常灵活，如想要选择不同的支撑结构，只需在被选取选中相应结构类型即可。Simufact Additive支持的支撑创建方法包含Simufact法、CADS Additive法。Simufact支持创建六棱柱支撑，如图1所示（零件做透明处理）。通过对支撑半径、间距等参数的设置即可一键式快速完成全局支撑的创建，且设计者可灵活选择想要生成支撑的零件位置、临界面角度等。值得一提的是对于这一类型的支撑结构，Simufact本身也可进行自动的支撑优化，软件通过将模型的受载情况、模型结构模拟一遍之后，即可根据模型不同位置（不同结构面）、不同受载情况适当调整六棱柱支撑的半径大小、疏密程度等，优化后的支撑结构如图2所示。

图1 Simufact Additive创建的支撑结构

图2自动优化后的六棱柱支撑

CADS Additive支持创建的支撑类型非常丰富，如块支撑、悬垂块支撑、块线支撑、线支撑、轮廓支撑、树支撑、杆支撑和hcell支撑等，为支撑结构设计者提供充分的选择性。在Simufact Additive中采用CADS Additive法创建支撑结构支持对于同一模型同时创建多种支撑，如图3所示。图4-图11分别为大家展示了CADS Additive法可以创建的多种支撑结构示例。

图3在Simufact Additive中采用CADS Additive法创建支撑的界面

图4采用CADS Additive法创建的块支撑

图5采用CADS Additive法创建的悬垂块支撑（适宜弯曲悬挑位置）

图6采用CADS Additive法创建的块线支撑

图7采用CADS Additive法创建的线支撑

图8采用CADS Additive法创建的轮廓支撑

图9采用CADS Additive法创建的树支撑

图10采用CADS Additive法创建的杆支撑

图11采用CADS Additive法创建的HCell支撑

在Simufact Additive中通过采用CADS Additive法创建支撑不仅有多样的结构供用户进行选择，同时也支持多种参数进一步去设计支撑几何结构。比如通过控制是否存在交叉定义支撑与零件之间的相交深度，如图12所示；齿形控制模式可以自如定义接触位置是否通过齿形相连，如图13所示；穿孔的关闭与打开控制支撑结构本身是否存在穿孔设计，如图14所示等等。

图12交叉设计（设置交叉深度）

图13齿形模型控制（左侧齿形模式关闭、右侧齿形模式打开）

图14穿孔控制（左未穿、右穿）