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关键词：仿真释放3D打印

金属增材制造的现状

金属增材制造在3D打印行业中发展越来越快，某外媒最新研究报告，2019年全球3D打印金属市场估计为7.74亿美元，这家公司预测，24年后，市场规模将超过31亿美元，年均复合增长率为32.5%，航天航空、国防及汽车零部件是推动金属增材制造发展的主要行业。

金属增材制造面临的挑战

虽然金属增材制造发展飞速，但无论是直接能量沉积工艺还是粉末床融化工艺，都存在打印的金属材料种类有限、打印速度和效率还不算高，打印成本高及打印质量保证及工艺调试难度高登问题。但据研究发现，假如金属增材制造结合增材制造工艺仿真，3D打印零件的质量明显有提升。

增材制造工艺仿真是什么？

增材制造工艺仿真在3D打印过程中扮演着至关重要的角色：功能设计、晶格结构、校准材料、制造过程优化、性能验证。

它主要研究加工参数、粉末、几何构型等因素对于宏观变形、残余应力、部件微观内部金相组织及性能的影响。宏观控形与微观控性是金属增材工艺中两个重要考察指标：宏观控形重点关注翘曲变形、部件开裂、刮板碰撞或支撑开裂等问题；微观控性需要关注孔隙率、相变、球化、颗粒尺寸、一次和二次枝晶结构和初始位错密度等微观特性，这些将决定金属件力学性能和特性。

利用仿真技术提前获取打印产品的性能特性，是解决金属增材工艺质量问题的一个重要手段和方法。通过提前预测并在此基础上进行工艺优化，可降低打印失败概率，同时可较大程度地减少打印成本，不合格产品的数量和试错次数也大为降低。

现阶段金属增材工艺仿真工艺主要有哪些？

现阶段金属增材工艺仿真工艺主要有SLM、EBM、SLS和DMD及衍生的工艺方法如LBW、EBW、RPD等。这里以比较流行和常用的SLM（粉末床熔化工艺）为例，来介绍金属增材工艺的仿真。

SLM金属增材制造工艺仿真是一个非常复杂的典型多尺度和多物理场分析过程。多尺度体现在从宏观到介观再到微观的尺度跨越，多物理场则需要对成型温度场、气场（保护气体）、熔体流场（熔池流体）、速度场（铺粉过程）及打印结构的固体应力和变形场等进行分析，可应用于金属增材制造成型的每个阶段。

小结：

虽然说金属增材工艺仿真是解决金属增材制造工艺问题的一个重要手段和方法，可将降低打印失败概率，但是在实施金属增材工艺仿真时现阶段主要存在空间离散规模庞大，时间离散步长数庞大，计算时间长；宏观、微观、介观并存的多尺度问题；由于环节长，涉及因素多，因而不确定性和误差来源也较多等问题。但相信随着技术的逐渐成熟，这些问题都会一一解决，金属增材工艺仿真能在金属增材制造上无可估量的作用。

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