增材制造，也就是通常所說(shuō)的3D打印，是一種制造過(guò)程，通過(guò)添加材料，一層一層，建立一個(gè)零件。這個(gè)過(guò)程從在用戶的本地CAD程序中設(shè)計(jì)的3D模型開(kāi)始。然后對(duì)該零件進(jìn)行分析，并將其劃分為許多個(gè)部分，以創(chuàng)建該零件的構(gòu)建計(jì)劃。

     目前常用的增材制造技術(shù)有立體石印(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、選擇性激光熔融(SLM)和熔融絲制造(FFF)。還有其他的技術(shù)。

增材制造有許多好處。這其中包括縮短零件的交付時(shí)間，制造傳統(tǒng)的制造方法所無(wú)法制造的零件，更輕的零件，更少的浪費(fèi)，更少的操作技能，在設(shè)計(jì)之間沒(méi)有工具改變，以及使用多種材料的能力。時(shí)至今日有一大批數(shù)量驚人的金屬、聚合物和聚合物基體材料和陶瓷應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域。

SOLIDWORKS軟件中的增材制造設(shè)計(jì)方法
     SOLIDWORKS軟件中的特征可以幫助在設(shè)計(jì)階段早期識(shí)別設(shè)計(jì)或幾何問(wèn)題，從而降低成本和節(jié)省時(shí)間。這里將介紹這些特性中的一些功能，這些功能將為一般的增材制造零件設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。

本文將討論的SOLIDWORKS的功能包括:
? SimulationXpress（有限元分析預(yù)覽版）
? Print3D（3D打印模塊）
? Geometry Analysis（幾何分析）
? Thickness Analysis（厚度分析）
? Undercut Analysis and Draft Analysis（底切分析和拔模分析）
? DFMXpress（制造可行性分析）

  SimulationXpress是一個(gè)在SOLIDWORKS中激活的免費(fèi)工具，可在SOLIDWORKS軟件中進(jìn)行首次有限元分析。SimulationXpress幫助工程師和設(shè)計(jì)師確保他們正在設(shè)計(jì)的部件將按照設(shè)計(jì)的功能工作，這在決定原型是否可以正常工作時(shí)非常重要。

    如果需要一個(gè)功能樣機(jī)、小批量生產(chǎn)零件、夾具、固具或模具，塑料零件可能無(wú)法通過(guò)應(yīng)力或撓度測(cè)試，那么就需要考慮材料。需要注意的一點(diǎn)是，大多數(shù)使用FFF（熔融絲制造）或類似技術(shù)創(chuàng)建的零件默認(rèn)情況下不會(huì)100 %填充。

      談?wù)?D打印零件時(shí)，通常會(huì)使用填充百分比。大多數(shù)內(nèi)部材料將以矩陣或晶格結(jié)構(gòu)分層，而不是100 %固體或致密的。設(shè)計(jì)的零件不會(huì)具有100 %填充(完全致密)零件的強(qiáng)度，但是當(dāng)比較材料的應(yīng)力和撓度時(shí)，該工具仍然很有價(jià)值。

 SOLIDWORKS幾年前推出了一項(xiàng)功能，通過(guò)在應(yīng)用程序(SOLIDWORKS)中打印到3D打印機(jī)，使3D打印機(jī)與2D打印機(jī)(激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī))一樣容易。這個(gè)功能并沒(méi)有得到3D打印機(jī)制造商的廣泛認(rèn)可，但是有一些打印機(jī)支持這個(gè)功能，比如Makerbot。

    許多3D打印公司提供了他們自己的軟件。當(dāng)考慮到它有一個(gè)薄壁檢查器，一個(gè)確保零件能被精確打印的縮放功能，以及一個(gè)觀察零件是否能在沒(méi)有變化的情況下被安裝在3D打印機(jī)機(jī)床床體的體積檢查器時(shí)，這個(gè)功能有很大的價(jià)值。

     此功能還將嘗試調(diào)整零件的方向，使其適合3D打印機(jī)的構(gòu)建平臺(tái)。不止上述這些功能，Print3D（3D打印模塊）還添加了檢查哪里可能需要支撐的功能。這是一個(gè)功能豐富的工具，至少應(yīng)該在向打印機(jī)發(fā)送文件之前使用。一盎司的預(yù)防勝過(guò)一磅的治療（預(yù)防為主，治療為輔）。

Geometry Analysis（幾何分析）

    Geometry Analysis（幾何分析）功能可以識(shí)別可能在其他應(yīng)用程序中引起問(wèn)題的幾何圖形。這些應(yīng)用包括有限元建模、3D打印或計(jì)算機(jī)輔助加工?？梢灾付刂茀?shù)的值來(lái)識(shí)別這些幾何實(shí)體。

    這些可以是小的邊，小的面或者不連續(xù)的邊或者面。沒(méi)人會(huì)希望打印機(jī)試圖創(chuàng)建可能會(huì)失敗的幾何圖形，尤其是在SOLIDWORKS中修復(fù)起來(lái)很簡(jiǎn)單的時(shí)候。這些錯(cuò)誤許多都發(fā)生在復(fù)雜的圓角操作的周?chē)?/p>

     在使用一些附加制造工藝制造零件時(shí)，圓角對(duì)于緩解應(yīng)力集中是很重要的。下圖顯示了正在為正在設(shè)計(jì)的零件設(shè)置的幾何分析。

Thickness Analysis（厚度分析）

    Thickness Analysis（厚度分析）對(duì)于所有使用增材方法或減材方法制造的零件來(lái)說(shuō)都是非常重要的工具。每種3D打印方法針對(duì)零件尺寸和壁厚都有獨(dú)特的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

      在SOLIDWORKS中，這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以作為參數(shù)進(jìn)行輸入，以生成特定于3D打印過(guò)程的反饋。使用任何材料的增材制造，非常薄的壁厚會(huì)導(dǎo)致零件的彎曲或掉落。對(duì)于一些增材制造工藝來(lái)說(shuō)，厚壁也是一個(gè)問(wèn)題。同樣的工具也將識(shí)別這些區(qū)域。

從圖像中可以看到，SOLIDWORKS會(huì)自動(dòng)檢測(cè)零件中薄壁或厚壁的位置。這些可能并不總是顯而易見(jiàn)的，這取決于設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

Undercut Analysis and Draft Analysis（底切分析和拔模分析）

    這些特征通常用于模具設(shè)計(jì)應(yīng)用，但是它們?cè)诓榭丛霾闹圃鞈?yīng)用時(shí)也非常有用。SOLIDWORKS用戶只需要定義“拉動(dòng)”方向或零件將從哪個(gè)方向進(jìn)行構(gòu)造，并定義角度閾值，SOLIDWORKS將完成其余的工作。

    每當(dāng)出現(xiàn)了一個(gè)角度接近或超過(guò)45度的底切情況的面時(shí)，通常需要進(jìn)行支撐。由于應(yīng)該盡可能避免出現(xiàn)支撐， 所以SOLIDWORKS提示這些條件何時(shí)存在很重要，這樣就可以在軟件中解決它們。

     根據(jù)打印方法，打印后很難移除支架，并且會(huì)留下非常粗糙的表面。在上圖中，紅色和藍(lán)色的表面需要支撐，而黃色和綠色的表面則不需要支撐。之所以黃色和綠色面不需要支撐，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)跇?gòu)建零件的方向上處于角度閾值以內(nèi)。

DFMXpress（制造可行性分析）

      DFMXpress是一個(gè)免費(fèi)工具，您需要在SOLIDWORKS軟件中激活它。這個(gè)工具與增材制造無(wú)關(guān)。事實(shí)上，它面向銑削和鉆孔的，這些都是減材制造操作。

這個(gè)工具的價(jià)值在于顯示在加工困難或不可能完成的情況下，增材制造的優(yōu)勢(shì)在哪里。下圖顯示了設(shè)計(jì)零件的區(qū)域，在這些區(qū)域很難使用減材制造進(jìn)行銑削或鉆孔。

用于金屬3D打印的SOLIDWORKS模型

     可以將上述特征應(yīng)用于大多數(shù)制造過(guò)程，包括被稱為結(jié)合金屬沉積（BMD）的新工藝。BMD是Desktop Metal公司的Studio系統(tǒng)所提供技術(shù)支持的打印技術(shù)，通過(guò)該系統(tǒng)，將捆綁的金屬棒（與聚合物粘合劑混合的金屬粉末）加熱并擠出以創(chuàng)建3D打印金屬部件。系統(tǒng)的所有組件都是安全的，對(duì)辦公室友好的，并且不需要大的設(shè)備升級(jí)來(lái)運(yùn)行打印機(jī)。不僅可以為形狀和尺寸制作原型，還可以為功能制作原型。這些是真正的金屬零件，可以按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

   這些部件可以在幾天內(nèi)使用基于桌面的金屬打印Studio系統(tǒng)獲得。通常，由于現(xiàn)有的加工承諾或外包，加工金屬零件需要數(shù)周時(shí)間。Studio系統(tǒng)的零件的其他應(yīng)用是用于小批量生產(chǎn)、夾具和工裝。
      下圖左邊是SOLIDWORKS模型，右邊是使用基于桌面的金屬打印Studio系統(tǒng)打印的金屬部件。同樣的SOLIDWORKS模型可以上傳到Studio系統(tǒng)的控制軟件并打印出來(lái)。不需要STL或其他中性文件格式。

總結(jié)：

     SOLIDWORKS通過(guò)在打印前確定要重新設(shè)計(jì)的區(qū)域，幫助設(shè)計(jì)師和工程師縮短部件迭代周期。雖然許多3D打印機(jī)都有內(nèi)置的幾何分析、定向修改和幾何檢測(cè)的專有軟件，但在打印階段發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題意味著工程師們要在他們的CAD程序和打印軟件之間進(jìn)行修改，并為打印做好準(zhǔn)備。

     使用這些工具，SOLIDWORKS用戶可以提前發(fā)現(xiàn)3D打印過(guò)程中可能存在的問(wèn)題。直接在程序中編輯。因此可以極大地提高打印性能并降低由于打印失敗所導(dǎo)致的迭代周期的降低。