為了解決質量的一致性與穩定性，面向增材製造3D打印的工藝模擬軟件近年得到了越來越多的應用，利用模擬仿真軟件可以對打印過程進行有針對性的調整、優化，減少試錯，降低成本，提升3D打印成功率和打印質量。
目前市場上的各種增材製造工藝仿真軟件各有側重點，但忽略了工藝路徑對3D打印成功的影響非常之大，而市場上不同行業的用戶對包含工藝路徑的增材製造工藝仿真的需求卻越來越高。
安世亞太與中科煜宸聯合開發的面向金屬增材製造定向能量沉積工藝的專業工藝仿真軟件AMProSim-DED仿真模擬系統考慮溫度相關的材料非線性屬性，基於工藝文件的運動路徑信息，模擬增材製造工藝的材料堆積過程，可以詳細模擬零件分區、打印路徑以及熔融冷卻的相變過程對增材製造過程的影響，預測增材製造過程中的溫度、應力和變形，優化工藝參數，從而保證3D打印質量和打印效率，避免低效的試錯過程。
據3D科學谷，DED直接能量沉積技術包括激光、等離子、電子束幾種不同的熱源，材料包括粉末或絲狀兩種主要的形態。金屬材料在沉積過程中實時送入熔池，這類技術以激光近淨成形制造（LENS）、金屬直接沉積（DMD）技術為代表，由激光在沉積區域產生熔池並高速移動，材料以粉末或絲狀直接送入高溫熔池，熔化後逐層沉積，稱之為激光直接沉積增材成形技術，該技術成形出毛坯，然後依靠CNC數控加工達到需要的精度。
激光近淨成形制造LENS技術雖然在我國存在了幾十年，然而這項技術的一大挑戰來自於對工藝的控制，由於市場上對這項工藝的控制主要來自於加工人員所掌握的經驗，使得此類技術的可擴展性受限，從而制約了此技術的產業化前景。
面向金屬增材製造定向能量沉積工藝的專業工藝仿真軟件AMProSim-DED，使得我們在激光近淨成形制造LENS技術的可擴展性方面向前邁進了一步。
AMProSim-DED的功能
增材工藝仿真分析系統 AMProSim-DED 提供增材工藝、熱處理工藝仿真的相關分析功能：
1) 可模擬增材製造工藝、熱處理工藝過程，獲得其溫度、變形以及應力的分佈；
2) 掃描路徑模擬：可以將打印程序的控制指令信息轉換為仿真可以讀取的路徑數據表，數據表描述掃描路徑的座標位置、掃描速度、激光狀態以及停留時間等信息，以用於模擬材料的堆積過程；
3) 內置 10 種材料，如 17-4PH、316L、304 、In627 、In718 、TC4 、TC11 、TA15 、AlSi10Mg、 AlSi7Mg 等，並支持自定義；
4) 瞬態熱分析：根據掃描路徑的材料堆積過程，模擬在熱源作用下材料的熔凝過程，來計算製件在增材製造過程中隨時間變化的熱傳遞行為；
5) 應力分析：通過熱應力耦合分析來進行增材製造過程的變形以及應力分析。
AMProSim-DED 加工參數設置
AMProSim-DED的優勢
增材工藝仿真分析系統 AMProSim-DED的優勢表現在以下方面：
1) 採用模塊化佈局設計、操作界面簡潔易用，可面向非仿真專業人員進行增材工藝過程的仿真分析；
2) 解讀路徑文件，提供路徑規劃軟件數據接口，直接考慮掃描路徑進行增材工藝仿真；
3) 考慮熔凝相變物理過程以及工藝環境，計算增材工藝過程瞬態溫度場；
4) 考慮材料的非線性行為以及基板實際約束條件，計算打印過程變形應力應變，實現控形仿真；
5) 可模擬熱處理過程，包括溫度場和變形應力；
6) 計算效率高，可適用與實際大件的計算。
應用案例：圓環件增材製造工藝仿真分析
本案例對一圓環件進行不同掃描策略的研究：
模型：內徑30mm，壁厚3mm，軸向高度15mm
材料：316L
工藝：激光功率1200W；掃描速度10mm/s；層厚0.3mm
掃描策略：
掃描策略1：環向掃描
掃描策略2：單向掃描
掃描策略3：單向掃描（首層57°，層間旋轉67°）
掃描策略
基於三種不同的掃描策略，對圓筒件進行單道的增材製造工藝仿真的溫度分析，並在熱分析的基礎上，通過熱應力耦合分析來進行變形以及應力的仿真分析，得出：從仿真的角度，不同掃描策略對增材製造零件的溫度、變形、應力皆有影響，而對於圓環件，相對於單向掃描，環向掃描無疑是一種打印時間短、應力及變形皆小的掃描策略。
打印結束後的溫度分佈
總結
仿真分析結果表明，考慮工藝掃描路徑後可以得到更為符合實際的計算結果，能夠真實反映不同掃描策略帶來的變形和應力差異，從而真正做到基於工藝仿真技術實現工藝策略的優化設計。
AMProSim-DED 不僅適用於定向能量沉積工藝，還可擴展應用於基於粉末床熔化成形等主流金屬增材製造技術，幫助用戶優化掃描路徑、零件分區以及工藝參數，在較短的時間內獲得零件打印過程的溫度場、應力場以及變形分佈，進而根據仿真結果對打印過程進行有針對性的調整、優化。
