西門子能源技術(shù)應(yīng)用中心（TAC）是為工業(yè)市場提供世界級工業(yè)快速解決方案，利用各種技術(shù)（包括機器人、掃描、數(shù)字工具以及增材制造和減材制造等）為工業(yè)問題提供設(shè)計、工程和快速原型解決方案，以實現(xiàn)其目標。

TAC為西門子能源的全球工程業(yè)務(wù)提供支持，并為各類客戶解決設(shè)計和工程問題。TAC的技術(shù)組合中最新增加了Markforged的Simulation（仿真）功能，該技術(shù)使工程師能夠在Eiger工作流程中模擬測試零件的強度和剛度。工程師可以利用該技術(shù)優(yōu)化打印中添加的連續(xù)碳纖維材料的使用和位置，從而在零件強度與打印時間和成本之間取得平衡。

■ 燃氣輪機葉片夾具

西門子能源公司生產(chǎn)的大型燃氣渦輪發(fā)動機用于為全球客戶發(fā)電。它們包含多環(huán)靜態(tài)葉片，在發(fā)動機燃料點燃后引導熱氣流動。這些葉片含有陶瓷涂層，可抵御高達4,000°F的高溫。西門子能源利用數(shù)字鍛造技術(shù)（Digital Forge）對部件進行持續(xù)測試，并不斷改進設(shè)計理念，從而提高燃氣輪機的效率。

葉片平均重15磅，長達3英尺，必須牢牢固定在夾具中，當高達600°F的空氣通過葉片時，葉片將模擬發(fā)動機的工作條件。如果夾具掉落葉片，可能會造成數(shù)千美元的損失。不僅如此，還很難確定損壞是由日常發(fā)動機磨損還是葉片掉落地面造成的。

以前，在這些測試中使用金屬和墊片夾具來固定葉片。但這些夾具的加工時間長達6周，硅膠墊片的模具費用高達10,000美元。因此，TAC團隊開始用Onyx和高比例的連續(xù)碳纖維來生產(chǎn)這些夾具，以確保它們有足夠的強度來牢牢固定葉片。但這樣做有時會導致打印時間超出預(yù)期，浪費材料。

Markforged的仿真功能使TAC團隊能夠以更省時、更經(jīng)濟的方式創(chuàng)建耐用的夾具。當他們有機會對集成了新仿真工具的Eiger版本進行beta測試時，他們認為這是一個優(yōu)化定制夾具強度和打印時間的機會。

由于客戶對連續(xù)纖維增強（CFR）零件強度或剛度的影響缺乏信心，仿真剛好可以幫助他們克服這一知識障礙，使他們對CFR更有信心。這讓他們減少了高達60%的碳纖維用量，并縮短了多達75%的打印時間。

TAC團隊還發(fā)現(xiàn)，仿真技術(shù)可以讓工程師通過傳統(tǒng)有限元分析（FEA）運行夾具設(shè)計所需時間的一小部分內(nèi)完成設(shè)計優(yōu)化。Markforged的仿真可指導用戶應(yīng)用邊界條件，并針對零件中使用的Markforged材料進行優(yōu)化。此外，它還使TAC團隊能夠在Eiger工作流程中高效地執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析。

在3D打印之前 利用仿真功能驗證葉片夾具的性能

■ 機械臂背包

在某些類型的精密檢測應(yīng)用中，機械臂用于將傳感器放置在靠近被測部件的位置，它包含可編程邏輯控制器、傳感器、空氣系統(tǒng)和其他組件，用于支持臂端傳感器。TAC可創(chuàng)建各種背包配置，以適應(yīng)不同的傳感器包。在應(yīng)用開發(fā)過程中，機器人末端效應(yīng)器上傳感器的數(shù)量和類型可能會發(fā)生變化，從而導致背包配置的改變。

傳統(tǒng)的金屬制造背包需要花費大量時間來制造，從而限制了在項目期間更新背包設(shè)計的頻率。使用3D打印技術(shù)制造大型背包，它們通常比傳統(tǒng)金屬背包更靈活，無法將不必要的慣性反饋傳遞給機器人手臂。

使用Onyx生產(chǎn)機器人手臂背包使TAC團隊能夠快速迭代背包設(shè)計。例如，他們可以根據(jù)每個新版本的需要，輕松添加新的安裝點和其他必要功能。利用Markforged的仿真技術(shù)，可以快速實現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)特性，在制造時間和對更高硬度結(jié)構(gòu)的需求之間取得平衡。通過仿真，TAC團隊可以在打印之前看到設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)。

機器人手臂背包的模擬視圖

3D打印機械臂背包

TAC團隊之所以采用Markforged的仿真技術(shù)，是因為它能為他們帶來幾大好處：首先，它為他們提供了快速、準確的零件設(shè)計結(jié)構(gòu)分析，使他們能夠在快速打印時間與零件結(jié)構(gòu)合理的要求之間取得平衡。這些數(shù)據(jù)還有助于他們在與客戶討論時證明3D打印技術(shù)所生產(chǎn)零件的結(jié)構(gòu)能力。

TAC團隊還發(fā)現(xiàn)，Markforged的仿真功能可以幫助他們確定每個零件的最佳打印方向，這不僅會影響零件強度，還會影響打印時間。

隨著該軟件的不斷發(fā)展，TAC團隊相信它將成為熔融堆積成型（FFF）3D打印部件開發(fā)過程中不可或缺的工具。