增材制造，也就是通常所說的3D打印，是一種制造過程，通過添加材料，一層一層，建立一個(gè)零件。這個(gè)過程從在用戶的本地CAD程序中設(shè)計(jì)的3D模型開始。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，塑料零件可能無法通過應(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)雜的圓角操作的周圍。

     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說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說，厚壁也是一個(gè)問題。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。不需要STL或其他中性文件格式。

總結(jié)：

     SOLIDWORKS通過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打印過程中可能存在的問題。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。