西门子能源技术应用中心（TAC）是为工业市场提供世界级工业快速解决方案，利用各种技术（包括机器人、扫描、数字工具以及增材制造和减材制造等）为工业问题提供设计、工程和快速原型解决方案，以实现其目标。

TAC为西门子能源的全球工程业务提供支持，并为各类客户解决设计和工程问题。TAC的技术组合中最新增加了Markforged的Simulation（仿真）功能，该技术使工程师能够在Eiger工作流程中模拟测试零件的强度和刚度。工程师可以利用该技术优化打印中添加的连续碳纤维材料的使用和位置，从而在零件强度与打印时间和成本之间取得平衡。

■ 燃气轮机叶片夹具

西门子能源公司生产的大型燃气涡轮发动机用于为全球客户发电。它们包含多环静态叶片，在发动机燃料点燃后引导热气流动。这些叶片含有陶瓷涂层，可抵御高达4,000°F的高温。西门子能源利用数字锻造技术（Digital Forge）对部件进行持续测试，并不断改进设计理念，从而提高燃气轮机的效率。

叶片平均重15磅，长达3英尺，必须牢牢固定在夹具中，当高达600°F的空气通过叶片时，叶片将模拟发动机的工作条件。如果夹具掉落叶片，可能会造成数千美元的损失。不仅如此，还很难确定损坏是由日常发动机磨损还是叶片掉落地面造成的。

以前，在这些测试中使用金属和垫片夹具来固定叶片。但这些夹具的加工时间长达6周，硅胶垫片的模具费用高达10,000美元。因此，TAC团队开始用Onyx和高比例的连续碳纤维来生产这些夹具，以确保它们有足够的强度来牢牢固定叶片。但这样做有时会导致打印时间超出预期，浪费材料。

Markforged的仿真功能使TAC团队能够以更省时、更经济的方式创建耐用的夹具。当他们有机会对集成了新仿真工具的Eiger版本进行beta测试时，他们认为这是一个优化定制夹具强度和打印时间的机会。

由于客户对连续纤维增强（CFR）零件强度或刚度的影响缺乏信心，仿真刚好可以帮助他们克服这一知识障碍，使他们对CFR更有信心。这让他们减少了高达60%的碳纤维用量，并缩短了多达75%的打印时间。

TAC团队还发现，仿真技术可以让工程师通过传统有限元分析（FEA）运行夹具设计所需时间的一小部分内完成设计优化。Markforged的仿真可指导用户应用边界条件，并针对零件中使用的Markforged材料进行优化。此外，它还使TAC团队能够在Eiger工作流程中高效地执行结构分析。

在3D打印之前 利用仿真功能验证叶片夹具的性能

■ 机械臂背包

在某些类型的精密检测应用中，机械臂用于将传感器放置在靠近被测部件的位置，它包含可编程逻辑控制器、传感器、空气系统和其他组件，用于支持臂端传感器。TAC可创建各种背包配置，以适应不同的传感器包。在应用开发过程中，机器人末端效应器上传感器的数量和类型可能会发生变化，从而导致背包配置的改变。

传统的金属制造背包需要花费大量时间来制造，从而限制了在项目期间更新背包设计的频率。使用3D打印技术制造大型背包，它们通常比传统金属背包更灵活，无法将不必要的惯性反馈传递给机器人手臂。

使用Onyx生产机器人手臂背包使TAC团队能够快速迭代背包设计。例如，他们可以根据每个新版本的需要，轻松添加新的安装点和其他必要功能。利用Markforged的仿真技术，可以快速实现最佳结构特性，在制造时间和对更高硬度结构的需求之间取得平衡。通过仿真，TAC团队可以在打印之前看到设计中的薄弱环节。

机器人手臂背包的模拟视图

3D打印机械臂背包

TAC团队之所以采用Markforged的仿真技术，是因为它能为他们带来几大好处：首先，它为他们提供了快速、准确的零件设计结构分析，使他们能够在快速打印时间与零件结构合理的要求之间取得平衡。这些数据还有助于他们在与客户讨论时证明3D打印技术所生产零件的结构能力。

TAC团队还发现，Markforged的仿真功能可以帮助他们确定每个零件的最佳打印方向，这不仅会影响零件强度，还会影响打印时间。

随着该软件的不断发展，TAC团队相信它将成为熔融堆积成型（FFF）3D打印部件开发过程中不可或缺的工具。