增材制造在船舶和近海工业中具有巨大潜力，可以帮助海军工程师制造重量轻且易于维修的螺旋桨。仿真可帮助设计师和增材制造工艺工程师在设计阶段分析增材制造部件中的残余应力，并优化打印工艺以提高强度。

螺旋桨的强度和完整性对于任何海洋应用都至关重要。螺旋桨的损坏会严重影响船舶的速度和机动性。增材制造，特别是线弧增材制造 (WAAM) 技术，不仅可以构建螺旋桨，而且可以高效且经济地修复螺旋桨。

在工业工作流程中实施增材制造之前，工程师必须确信制造的零件将满足要求和规格。仿真可以计算和分析零件在现实条件下的性能，但要利用这一点，工程师必须确保仿真模型与最终零件相匹配。数字线程的可追溯性提供了仿真模型和制造数据之间的连接。

在这篇博文中，我们将介绍达索系统 3D?EXPERIENCE 平台上的增材制造工作流程。该工作流程使用仿真来优化参数并计算螺旋桨内部的温度和应力，以降低故障风险并加快测试过程。该模拟是数字线程的一部分，允许可追溯性。

增材制造如何应用于船舶和近海工业？

美国测试与材料协会 (ASTM) 定义了增材制造(AM)的七类。在海洋和近海 (M&O) 中应用特别广泛的两种技术是粉末床聚变 (PBF) 和定向能量沉积 (DED)。在 PBF 中，零件由激光熔化的金属粉末颗粒逐层构建而成。与此同时，在 DED 中，直接能源会逐层熔化材料。打印头供有粉末或金属丝，并且可以旋转至任意角度。这使得 DED 非常适合修复损坏的部件。

DED，尤其是电弧增材制造 (WAAM) 方法，已在多个 项目中的螺旋桨方面展示了可喜的成果。维护是增材制造的一个特殊优势——如果螺旋桨在使用中发生损坏，损坏的部分可以磨掉并重新打印。增材制造还可以通过坚固的空心结构来减轻重量。这有助于减少燃料消耗，从而降低运营成本并提高可持续性。

仿真如何帮助增材制造过程？

增材制造是一个动态过程，这意味着构建的质量不仅取决于整体结构，还取决于每层材料在不同冷却阶段与下层和上层材料的相互作用。当零件冷却时，热膨胀导致其收缩。这导致零件内产生复杂的残余应力。

仿真可用于对随时间变化的增材制造过程进行建模。这揭示了残余应力并帮助工程师识别潜在的故障点?？梢员冉喜煌脑霾闹圃旃ひ眨ɡ绮煌牡毒呗肪痘蛩俣龋哉业阶罴巡问⒄业角慷群椭圃焓奔涞戎涞娜ê?。

实时监控零件内的冶金变化也有助于指导质量保证。了解零件内的应力有助于确定测试目标，也使工程师更有信心零件将通过测试。这加速了原型设计阶段并缩短了开发周期，从而节省了时间和金钱。

用于增材制造仿真的数字线程解决方案

增材制造螺旋桨设计周期中有几个不同的任务。其中包括零件本身的 3D CAD 设计、增材制造流程的定义以及模拟和分析。这些都可以通过“数字线程”链接在一起，这是一个集成的工作流程，其中数据在任务之间共享，所有利益相关者都在单一事实来源上开发通用的数字模型。

达索系统在3D EXPERIENCE 平台上提供用于增材制造的数字主线。螺旋桨或其他零件最初是在 CAD 工具中创建的。这可以直接在3D EXPERIENCE 平台上的设计软件中完成，也可以通过导入 AM 常用的 STL 等格式的设计来完成。这是为使用CATIA数字化形状准备应用程序进行模拟而准备的。

然后使用DELMIA材料沉积制造应用程序定义增材制造流程。这会将几何体切成层并设置激光路径。SIMULIA增材制造场景应用程序随后使用它来建模 AM 流程。瞬态传热分析可计算激光束移动时零件内部的热量。然后将其与机械模拟相结合，并驱动零件内静态残余应力的计算。

在整个过程中，每个步骤之间都有直接的、可追溯的联系。每个阶段的输入都是前一阶段的输出，并且保留了重要的上下文。用户可以确信最终结果反映了原始流程，如果发现质量问题，则可以通过数字主线追溯到问题的原始来源。

我们在 UDT 2024 上展示了一个用于模拟船用螺旋桨增材制造的数字线程的真实有效示例。-请参阅会议论文了解更多详细信息。

结论

增材制造在船舶和近海工业中具有巨大潜力，可以帮助海军工程师制造重量轻且易于维修的螺旋桨。仿真可帮助设计师和增材制造工艺工程师在设计阶段分析增材制造部件中的残余应力，并优化打印工艺以提高强度。

3D EXPERIENCE 平台上的达索系统增材制造应用程序为增材制造流程优化提供了端到端解决方案。设计、流程定义和模拟在数字线程中链接起来，从而实现从初始设计文件到最终产品的可追溯性。通过仿真，工程师可以确信设计满足要求，从而可以加速测试，从而缩短开发时间和成本，并降低测试失败的风险。