薄壁零件在制造业中具有广泛的应用，尤其在航空航天、汽车、医疗器械和电子产品等领域。随着3D打印技术的发展，薄壁零件的制造变得更加灵活和高效。3D打印技术能够通过逐层堆积材料，直接从计算机辅助设计（CAD）生成复杂的几何形状，大大缩短了制造周期，并减少了材料浪费。但是，不同厚度的薄壁可以打印多高而不变形呢？

尽管3D打印技术为薄壁零件的制造带来了诸多优势，变形问题依然是一个重要挑战。金属材料薄壁零件在打印过程中变形尤为明显。这主要是由于以下几个原因：

首先，打印过程中，金属材料经过高温熔化然后逐层冷却和固化，在冷却过程中会产生收缩应力，导致薄壁零件的变形。

其次，温度梯度不均匀会进一步加剧这一问题。而随着材料逐层堆积，内部会产生残余应力，对于薄壁零件，由于其结构薄弱，更容易受到内应力的影响。

最后，薄壁零件在打印过程中由于缺乏支撑，极易在打印过程中发生变形或塌陷。

鉴于薄壁零件的特点，其在3D打印过程中的变形难以通过常规手段进行有效避免，因此需要在设计阶段将零件的变形提前考虑进去。假设我们已经知道了零件的具体变形量，根据该变形量在零件的原始设计上反向施加变形，并得到新的零件几何模型。依照新模型打印的零件会更加接近原始设计，这便是变形补偿的原理。

通过仿真软件的变形补偿功能，客户可以根据零件的仿真变形结果生成新的补偿零件，从而解决薄壁零件打印变形量过大的问题，提高打印成功率。3D打印技术参考注意到，国内某知名鞋模生产商与漫格科技合作，使用VoxelDance Engineering (VDE)软件，优化了薄壁鞋模的打印件。

薄壁变形补偿，确实有效

本案例使用VDE（VoxelDance Engineering）软件进行零件的仿真以及变形补偿。VDE是由漫格科技自主研发的一款仿真软件，它能够对增材制造过程进行全流程工艺仿真和分析，帮助工程师在实际打印之前预测和规避潜在的问题。软件的求解算法采用了GPU并行计算进行加速，相对于传统的有限元算法，速度提升了5-10倍。在本案例中，客户应用了VDE软件的仿真和变形补偿功能。

图1 薄壁鞋模设计图

本次进行仿真的鞋模属于典型的金属薄壁零件，采用316L不锈钢材料。实际打印过程中，该模型两侧的薄壁结构产生了较大的变形，这导致无法进行合模装配，最终零件报废。

工程师将打印失败的零件进行了扫描，并将仿真结果与扫描结果进行了对比，发现变形趋势完全一致。为了尽可能接近原始模型，客户需要利用VDE的仿真变形结果来对原始模型进行补偿。

图2 薄壁鞋模打印及仿真结果

基于仿真结果对原始零件模型进行了变形补偿，得到了补偿后的新零件。再次对补偿后的新零件进行仿真，并将仿真结果（图3右）与原始零件（图3左）的仿真结果进行对比。从对比图中可以明显看出，补偿零件仿真后的变形相比于原始零件有了明显的减小。

图3 原始零件（左）与补偿零件（右）仿真结果对比

图4 原始零件（左）与补偿零件（右）打印扫描结果对比

随后工程师打印并扫描了变形补偿后的零件。通过对比补偿前后的扫描变形结果，如图4所示。原始零件直接打印的最大变形接近0.5mm。而应用变形补偿后，补偿零件的最大变形量仅为0.155mm，总体变形大幅度降低，最终满足了设计的精度要求。

仿真速度极快，耗时仅9分钟

仿真结果是制定后续设计和生产决策的重要依据。通常情况下，3D打印工艺过程仿真通常需要等待较长的时间。如果仿真结果迟迟无法获得，那么决策者将不得不面临信息不足的情况，导致决策制定被延迟，这可能会影响项目的整体进度和效果。除此之外，长时间的仿真过程可能会限制技术创新和尝试新方法的可能性。由于时间成本高昂，企业和机构可能更倾向于采用保守的设计和生产方案，而不是尝试新的、可能更高效的方法。

然而在本案例中，VDE的仿真耗时仅为9分钟，相比于国外软件40分钟的仿真耗时，VDE效率更高。

总结

在本案例中，工程师利用VDE软件对薄壁鞋模零件进行仿真，预测其可能出现的变形情况，并根据仿真结果进行变形补偿，生成补偿零件，从而大幅降低打印后的零件变形，使其满足精度要求。

对于对精度要求比较高的客户来说，仿真可以有效预测打印的各种风险，从而提高打印成功率。VDE软件可以帮助客户实现对3D打印过程的快速、准确仿真，并可以通过仿真结果对零件的设计进行反向指导。结合变形补偿等功能，VDE可以为客户提供最佳的打印设计和工艺优化方案。

详情信息联系漫格科技：sales@voxeldance.com