近日，专注于增材制造行业的软件公司Aibuild正式推出一款名为FETS的热机械有限元模拟器。该工具的运行速度据称比市场上任何同类解决方案快高达10,000倍，并已获得美国国家航空研究所（NIAR）的验证。NIAR是美国航空航天行业中最受尊敬的独立测试与验证机构之一。

金属3D打印，涵盖电弧增材制造、定向能量沉积和搅拌摩擦增材制造等工艺，长期与一个根本性问题作斗争：热量。具体而言，没有人确切知道热量在打印过程中如何通过零件传导，以及它对材料产生了何种影响。零件翘曲、出现裂纹、残余应力破坏几何形状，每一次失败的打印都意味着数千美元的材料、机器时间和能源成本的流失。FETS正是为了解决这一问题而诞生。

该工具使工程师能够在沉积第一层材料之前就对打印过程进行完整模拟。FETS覆盖六种关键输出类型：热分布、热机械模拟、变形预测、残余应力分析、层间结合质量评估（包括弱粘附和下垂检测），以及基于模拟应力的裂纹预测。它为零件在打印过程中可能发生的变化提供完整图景，且只需几分钟即可获得，而非数天。

FETS通过云端GPU计算运行，无需专门的本地硬件。此前，完整的有限元分析模拟需要访问成本高达120万美元以上的高性能计算集群。如今，一台联网的标准计算机即可满足需求。同样重要的是，该工具直接集成到CAM环境中，无需导出文件、在独立程序中手动重建层几何形状或引入模拟专家。有限元网格根据刀具路径数据自动生成，工程师在原有的工作环境中操作，模拟作为同一数字线程的一部分在后台运行。

Aibuild设计该工具时无需专业的有限元分析知识。界面直观，所需配置的参数极少，默认设置经过调整，无需额外调整即可提供可靠结果。这意味普通的增材制造机器操作员也可以使用FETS，而不仅仅是经验丰富的模拟工程师。无需管理单独的软件许可、转换文件格式或维护专用的模拟环境。

尽管易于使用，FETS主要面向工业和航空航天制造商，而非小型打印店或爱好者。其经济性体现在失败打印成本确实很高的场景：大型金属零件、昂贵的材料和漫长的交付周期。该工具目前已上市，但新闻资料未明确说明定价或订阅细节。

NIAR在两种几何形状上测试了FETS：厚壁和薄壁，两者均使用17-4PH不锈钢材料，通过基于Fronius和ABB设备的电弧定向能量沉积系统制造。对于厚壁，测试了四种打印方案：无热管理、固定30秒层间等待、固定60秒层间等待，以及FETS动态优化。薄壁几何形状仅使用动态优化进行测试。结果清晰：厚壁模拟耗时2小时39分钟，薄壁模拟耗时54分钟。层间温度的平均预测误差为3.2%，最大误差为6.37%。这一精度与传统有限元分析工具相当，但后者需要数小时的手动设置和专用硬件。FETS动态优化在所有测试案例中均优于两种固定等待方案。

NIAR项目总监Jeswin J. Chankaramangalam指出，热控制一直是阻碍金属增材制造实现工业化规模的最大挑战之一。FETS的验证为航空航天制造商提供了一条经过确认且易于获取的采用该技术的路径。

NIAR正在致力于将电弧定向能量沉积工艺认证应用于特定的航空航天领域，其中FETS将作为过程控制工具。这些应用包括：可实现70%材料利用率改善的六米长翼梁和翼肋、钛合金吊架支架和起落架组件，以及替代传统多零件组件的整体加强隔框。在保障方面，该技术有望实现不再生产系统的替换零件的快速生产。当前航空航天锻件的交付周期长达12至18个月，而经过验证的热控制技术的电弧定向能量沉积工艺可将其缩短至2至4周，同时减少70%的材料浪费。

Aibuild并未止步于FETS的现有能力。该公司正在致力于集成NVIDIA PhysicsNeMo平台的傅里叶神经算子模型，目标是实现仅5分钟的模拟时间，这相比传统工具将减少99.9%的时间。完整的实时变形和残余应力预测也已在路线图中，从而能够在打印开始前进行几何补偿。

金属3D打印多年来一直承诺着一场工业革命，同样长的时间里，热量一直是它撞上的那堵墙。FETS并没有移除那堵墙，它只是让工程师在到达那堵墙之前就穿过去。