专家访谈：Altair 的 Ravi Kunju 关于 3D 打印仿真软件

实现更简单、更快速的设计准备工作流程一直是 3D 打印行业的一个持续追求。增材制造设计是一个复杂的过程，具有独特的挑战和机遇。

因此，需要相关的工具才能让工程师充分利用增材制造的设计灵活性。 Altair 就是这样一家开发这些解决方案的公司。 Altair 是一家全球技术公司，在产品开发、高性能计算和数据分析领域提供软件和云解决方案。

在本周的专家访谈中，我们采访了高级副总裁 Ravi Kunju Altair 的业务发展与战略、仿真驱动设计。通过 Ravi，我们可以详细了解最近推出的 Altair Inspire Print3D 软件工具、3D 打印模拟软件的当前状态，并探索一些由 Altair 解决方案支持的激动人心的 AM 应用程序。

您能告诉我们一些关于 Altair 的信息以及您正在解决的挑战吗？

我们是一家全球技术公司，在产品设计、产品开发、高性能计算和数据分析领域提供软件和云解决方案。

我们的愿景，以及我们 30 多年来一直在做的事情，是通过我们的仿真技术、我们的数据分析解决方案以及我们行业领先的设计优化解决方案来转变产品和业务决策.

我负责 Altair 的仿真驱动设计产品。

您最近推出了 Altair Inspire Print3D 软件。您能解释一下您提供的不同软件解决方案吗？

Altair Inspire Print3D 只是我们提供的众多解决方案之一。

Altair 多年来一直是优化领域的领导者。我们的客户使用我们的优化技术为各种制造方法创建设计——无论是钣金成型、铸造、挤压还是注塑成型。他们还使用我们的技术来更好地了解性能要求，并专门为制造过程创建衍生式设计。

在这种情况下，了解频谱的两端很重要。一个是驱动设计的因素，另一个是一旦你有了想要制造的设计就会发生什么。这些元素汇集在我们的平台上。

我们在 Inspire 平台上所做的一件事是将模拟驱动的设计过程提前，让设计人员很容易理解和驱动设计，同时完全了解制造过程。

由于将制造过程与设计要求分开并不谨慎，因此我们通过我们的平台将所有这些过程置于一个环境中。

因此，Inspire Print3D专注于两件事。一个是，在 Inspire 平台下，它允许我们的用户专门为任何 AM 工艺生成设计；使用特定的制造规则（约束）来驱动设计以满足制造过程。

其次是将所有性能要求结合起来，并使用先进的数值方法自动生成用于选择性激光熔化 (SLM) 或熔融沉积 (FDM) 或粘合剂喷射 (MJF) 的设计或电弧增材制造 (WAAM)。

因此，Print 3D 模块不仅可以让您生成设计，还可以帮助您虚拟验证您创建的新设计的性能。

Print3D 的第一个版本允许用户模拟选择性激光熔化过程。这种环境中嵌入了先进的热机械模拟，以评估 3D 打印过程中可能出现的任何制造问题，如变形、高应力和与之相关的破裂。设计人员可以生成设计并添加支撑结构，并在打印之前在一个单一环境中解决所有问题。

我们看到的最大好处是，今天，如果您查看客户在 AM 中所做的事情，他们通常会采用次优方法来创建最佳设计。此外，一旦他们提出设计，他们将尝试安装支撑结构以确保他们能够打印零件，然后发现他们有问题。对于所有这些步骤，都有单独的软件解决方案。

Altair 使用户能够在一个单一环境中设计和评估零件，从而消除了所有这些。

众所周知，当今与金属增材制造相关的成本中约有 45% 可归因于支撑移除。有效地使用我们的设计规则（约束）允许最终用户创建具有最小或零支持的设计。我们还允许用户创建支撑结构，通过热机械模拟了解其有效性；我们可以在其中模拟构建、冷却、支撑移除并预测随后的回弹和相关变形并避免下游故障。

这就是 Inspire Print3D 所做的：它允许最终用户在一个单一环境中构思、评估和验证您的设计。因此，Altair Inspire 可以帮助我们的最终用户创建轻量级和高性能的设计，同时提高生产力。

您如何描述 AM 的设计、仿真和拓扑优化软件的当前状态？

多年来，Altair 一直是拓扑优化和衍生式设计的领导者，不仅适用于增材制造，而且适用于所有制造工艺。我们每天有超过 5,000 名客户使用我们的产品来创造最佳设计。

但并不是所有的衍生式设计工具都是一样的。我们拥有解决关键问题的最佳数值方法，并且我们是唯一采用不同性能标准、载荷工况并将它们与制造约束相结合的方法，以创建非常适合该设计过程的设计。

为了驱动和生成设计，有两件事需要很好地理解：性能要求和制造过程。

例如，如果您在进行金属铸造并且不想使用任何需要牺牲且昂贵的型芯，或者，如果您想创建没有底切的形状以有效去除图案从模腔；正确的制造约束必须与性能制造相结合，以生成轻量化设计。

有很多工具可以生成有机设计，人们往往认为这就是所需要的。但是，事实上，这只是开始，因为您要确保了解制造过程以及给定过程的最佳设计应该是什么。如果您不了解制造要求，仅生成最佳形状是不够的。

在衍生式设计空间中，您可以使用许多数值方法；例如，你可以扰乱一些设计变量并生成数以千计的设计，然后说，'我将改变所有这些不同的形状和尺寸，这将给我一千个设计，评估每一个，然后确定最好的一个。 ' 对于某些组件级别的优化来说，这可能是次优、耗时且昂贵的。你可能得不到好的解决方案。

在今天的仿真方面，增材制造主要局限于原型设计。但是 Altair 一直在寻求帮助我们的客户转变流程，以制造不止一次性的零件。我们可以探索其他方法，例如粘合剂喷射吗？我们可以探索混合铸造，先进行喷砂，然后将铸件倒入砂模中吗？我们可以探索其中的一些选项以将您的能力转化为产能吗？

我们一直致力于深入了解独特的制造要求。今天，我们是使用最新设计制造方法制造高性能轻型零件以及工具和组装的领导者。

您能否谈谈已经实现的一些应用，部分归功于您的设计软件？

最早的采用者是卫星和航天公司，因为它们的体积不大，但需要高度优化和轻量化的设计。我们为 EADS 设计了一个望远镜支架和其他带有 EOS 的支架，其中复杂的负载开始发挥作用。

我们还与汽车公司合作，包括宝马、福特、通用汽车和众多其他公司世界各地的公司都在探索增材制造作为原型制作的可行选择。

如果我把它切下来，我们不仅会看到直接的 3D 打印，还会看到大量的混合制造，其中传统制造与增材制造相结合。我的意思是，例如，用于铸造的型芯和模具的砂型 3D 打印。

第二个领域是用于注塑成型的模具。重要的是，形成型腔的模具组件在加压循环期间不会分离，从而导致需要去除的溢料。可以使用衍生式设计对整个模具进行结构优化，以保持负载下的完整性。

除了结构优化之外，我们还可以通过环绕需要快速冷却的区域的随形冷却线来优化排热。这种有机结构非常适合 3D 打印。

我们在这些示例中与 PROTIQ 合作，您可以将循环时间从 9 秒缩短到 3 秒。因此，如果您每天生产 100 万个零件，那么您每天可以生产 300 万个零件。这意味着您可以将生产率提高三倍，优化注塑成型过程的模具。

我们还与机器人行业合作，该行业拥有众多应用，其中设计优化和 3D 打印用于机器人末端- 手臂抓手。夹具往往很快磨损，因此需要立即更换以防止装配线中断。

对于超大型结构，我们最近与 MX3D 合作开发了 3D 打印机械臂。 MX3D 是一家 3D 打印公司，它使用基于线弧的专有技术来生产大型金属结构。

我们的软件支持的 MX3D 可优化机械臂设计，在考虑打印限制的同时，将原始重量减少一半以上。对于这个项目，我们的工程师使用生成式设计定制为 3D 打印的机械臂设计出最有效的形状。

还有许多国防应用可以从 3D 打印中受益。例如，如果战车的零件损坏，您希望能够立即在本地打印该零件，而无需等待更换零件到达。对于您可能没有图纸的遗留零件尤其如此。

我们的解决方案也用于医疗3D打印领域。例如，矫形器公司 Andiamo 正在使用 3D 打印来制造更合适的矫形器。制作矫形器的传统方法是用石膏包裹躯干的肢体，然后将其切断并送去手工制作。

Andiamo 的过程不需要石膏模型，而是从身体的数字 3D 扫描开始，创建一个高度准确的模型来开始设计。该过程还涉及大量模拟，以确保完美适合儿童。

我们还看到人们对粘合剂喷射等 3D 打印工艺的兴趣日益浓厚。我们正在与该领域的一些合作伙伴合作，例如 Desktop Metal 和 ExOne。我们在 Formnext 上展示了粘合剂喷射应用，在那里我们介绍了使用 FDM、SLM、混合铸造和粘合剂喷射工艺创建自行车支架的整个过程。

更广泛地审视该行业，您认为 2020 年的一些关键发展是什么？

该行业发展非常迅速。每当我参加 AM 活动时，很明显打印机制造商和材料供应商的数量同比几乎翻了一番。随着竞争的加剧，我非常肯定成本将会降低，这对增材制造方面目前是一个很大的威慑。

越来越多的参与者可能会帮助最终消费者。

以牙科行业为例。它是最成熟的一种，因为如果消费者想要修复新冠，他们的牙医只需对牙齿进行扫描，然后在 2-3 天内将扫描结果发送出去即可打印。其他行业也需要实现这种循环。这就是 2020 年每个人都将继续努力的目标。

为了进一步加速 3D 打印的采用，您认为还有哪些挑战需要克服？

有许多相互交织的挑战。

第一是成本。成本显然与零件的尺寸和生产量有关，这决定了应使用哪种制造方法。即使在添加剂中，您也可能想要使用选择性激光熔化或金属粘合剂喷射。

第二个方面是认证。我们如何根据零件是承重零件还是安全关键零件来认证零件？可重复性水平如何？

今天，我们面临的挑战是成本无法控制，重复性低。如果一个零件是在特定的打印机上打印的，如果该零件是由不同的打印机在不同的位置打印的，是否可以达到相同的规格？各部分行为完全相同的几率有多大？这导致了能够准确模拟微观层面上发生的物理学的挑战。

这提出了一个问题，即用户是否可以确信最终部件可以在不同平台和位置上一致地打印。

在建立行业标准和材料资格方面还有很多工作要做。材料供应商、打印机制造商、软件供应商——每个人都必须共同制定某些标准，以确定轻载或重载安全关键部件的可接受公差；在满足内部孔隙率和/或外表面质量方面。

如果你回顾历史，无论是铸造、锻造还是钣金，这些年来它们都有一个与它们相关的协会，例如美国铸造协会。有许多组织致力于将每个人聚集在一起并制定标准。今天，AM 市场在各个领域都在爆炸式增长，但最终，这一切都需要齐心协力共同制定标准，并确保每个行业参与者都在同一页面上。

最后，Altair 未来一年的表现如何？

我们将继续为我们的用户开发更多的仿真解决方案。至于增材制造工艺，我们将继续开发解决方案，帮助技术用户验证工艺并了解随之而来的不确定性。

最终，我们专注于三大支柱：理解性能、通过结合两件事来创造设计；性能和制造过程本身。它们都必须齐头并进，我们将继续履行我们的使命，帮助我们的客户尽可能准确地验证性能和制造过程，以推动设计。

我们将继续将物理学与高性能计算和数据相结合。我们必须把它们放在一起，因为有些问题你可以通过理解物理来解决，而其中一些你必须通过机器学习来解决。我们将努力结合我们正在开发的所有技术，为我们的客户提高效率和盈利能力，最终目标是帮助他们做出更好的决策和更好的产品性能。