Software de imprimare 3D Adevărată producție digitală - AMFG
Inginerie pentru fabricarea aditivă
Capacitățile software-ului de imprimare 3D sunt în creștere pe măsură ce industria continuă să se maturizeze.
În trecut, segmentul software-ului de imprimare 3D a avut tendința de a rămâne în urma segmentului hardware și materiale. Cu toate acestea, evoluțiile interesante din ultimii ani arată că acest segment se recuperează rapid și că permite companiilor să creeze mai repede modele complexe, să crească rata de succes în imprimare, să asigure calitatea pieselor și să gestioneze fluxurile de lucru mai eficient.
Deoarece software-ul este cheia producției profitabile în imprimarea 3D, să aruncăm o privire asupra dezvoltărilor care o fac posibilă.
Aruncați o privire la celelalte articole din această serie:
Software de construcție și CAD: crearea de instrumente specifice AM
Până de curând, software-ul de proiectare asistată de computer (CAD) nu fusese optimizat pentru nevoile de proiectare ale imprimării 3D.
Fabricarea aditivă (AM) oferă avantajele unei complexități de proiectare mai mari. Cu toate acestea, aceste beneficii necesită o abordare de proiectare diferită, adesea denumită Design for AM (DfAM).
Proiectarea pentru AM prezintă provocări și oportunități unice care nu se găsesc în metodele tradiționale de proiectare. Aceasta implică crearea de noi practici de proiectare care vizează reducerea materialului și explorarea caracteristicilor complexe de proiectare.
Încet, dar sigur, aceste instrumente apar acum pe piață. Cele mai mari impulsuri au venit de la companii mari de software precum Autodesk, Altair, Dassault Systems și PTC, care au dezvoltat funcții de proiectare AM ca parte a soluțiilor CAD.
De exemplu, ca parte a unei investiții mari în tehnologia AM, Autodesk sprijină pregătirea de proiectare pentru imprimarea 3D prin suita Netfabb.
Cu Netfabb, inginerii pot importa, analiza și repara modele dintr-o varietate de formate CAD și pot identifica zonele care au nevoie de asistență. Netfabb poate fi, de asemenea, utilizat pentru a genera semi-automat structuri de sprijin și a modifica modelele astfel încât acestea să fie optimizate pentru producție.
DfAM a fost, de asemenea, recunoscută ca următoarea frontieră pentru platforma Creo CAD a PTC. În noua versiune, Creo 6.0 are suport încorporat pentru modelarea geometrică specifică necesară pentru a crea funcții de design ușoare, inclusiv spumă stocastică, grile conforme, grile bazate pe formulă și grile personalizate.
În plus, Creo 6.0 poate analiza și optimiza structurile de aliniere și suport ale imprimării 3D. Potrivit companiei, acest lucru economisește mult timp atât în crearea cât și în editarea post-imprimare.
Software de proiectare avansat
O mână de companii dezvoltă soluții CAD special pentru inginerie avansată. Un exemplu este nTopology, care a lansat recent platforma nTop, care a fost concepută pentru a rezolva probleme de inginerie în care geometria este un blocaj.
NTop este o soluție asistată de computer care integrează funcții CAD, simulare și CAM (Computer Aided Manufacturing) pentru a sprijini echipele de dezvoltare în crearea geometriilor complexe și optimizate.
De exemplu, inginerii pot folosi nTop pentru a reduce greutatea și a maximiza performanța piesei. De asemenea, puteți aplica mai multe condiții de încărcare și le puteți optimiza pentru o varietate de criterii de performanță, inclusiv stres, deplasare, rigiditate și greutate - un proces cunoscut sub numele de optimizarea topologiei.
De asemenea, este interesant faptul că software-ul este capabil să împartă părți pentru a evita fișierele STL predispuse la erori și pentru a exporta datele de fabricație direct pe mașini.
Hexagon este o altă companie care împinge plicul pentru software-ul de proiectare a imprimării 3D. La începutul acestui an, AMendate, un furnizor german de software de optimizare a topologiei pentru AM, a fost preluat. AMendate a fost acum adăugat la filiala software MSC a Hexagon, ducând la introducerea software-ului MSC Apex Generative Design.
Noua soluție de optimizare a designului îmbunătățește calitatea prin automatizarea proceselor de proiectare în combinație cu cunoștințele de fabricație încorporate.
Scopul software-ului este de a crea un design de piesă care este gata de utilizare în câteva ore - o fracțiune din timpul necesar în mod normal. Acest lucru îmbunătățește productivitatea cu până la 80% comparativ cu soluțiile alternative de optimizare a topologiei.
„Există o serie de soluții software de generație de design disponibile în prezent, dar capacitățile lor sunt limitate. De exemplu, consumă foarte mult timp. De asemenea, le lipsește automatizarea completă, iar design-urile care pot fi create nu sunt suficient de complexe pentru provocări reale de afaceri ”, a declarat Thomas Reiher, cofondator al AMendate și acum director de design generativ la MSC.
Instrumentele avansate de proiectare construite având în vedere procesele AM sunt esențiale pentru depășirea acestor provocări și pentru a permite o gamă mai largă de aplicații inovatoare de imprimare 3D.
Alternative STL prezentate
De obicei, pentru a imprima 3D un model proiectat, inginerii trebuie să convertească fișierul CAD original în STL.
STL este în prezent cel mai popular format de fișier pentru imprimarea 3D, care descrie un obiect tridimensional ca o serie de triunghiuri legate (poligoane). În ciuda popularității sale, formatul de fișier are multe limitări care devin și mai evidente atunci când părțile complexe de producție urmează să fie proiectate utilizând imprimarea 3D.
De exemplu, STL nu poate citi culorile, texturile și alte informații de design ale designului dvs. original.
În plus, modificările aduse fișierului STL nu sunt reflectate automat în fișierul de proiectare original în CAD, ceea ce face procesul de proiectare mai puțin eficient.
Când modelați geometrii complexe sau creșteți numărul de triunghiuri pentru a îmbunătăți rezoluția, există riscul ca un fișier STL să crească atât de mare încât imprimantele 3D să nu-l mai poată citi.
Pentru a face față acestor provocări, industria lucrează pentru a crea formate de fișiere alternative. Cel mai promițător de până acum este 3MF, care a fost dezvoltat de consorțiul 3MF.
Cu 3MF, imprimantele 3D pot citi cu fidelitate deplină fișierele de proiectare CAD cu culorile, texturile și alte date de proiectare intenționate de proiectantul original. De asemenea, ar trebui să fie extensibil și adaptabil noilor tehnologii de imprimare 3D.
Software de simulare: predicția erorilor pentru a îmbunătăți repetabilitatea
Software-ul de simulare continuă să fie un accent major în dezvoltarea software-ului de imprimare 3D. Principalul motiv pentru aceasta este să păstreze potențialul de a reduce sau chiar a elimina sursele actuale de eroare pentru a obține rezultate de imprimare 3D reproductibile.
Simularea este de obicei utilizată în faza de proiectare pentru a reproduce digital comportamentul unui material în timpul procesului de imprimare. Aceasta înseamnă că rezultatele simulării pot oferi informații despre modul în care un design poate fi optimizat pentru a evita erorile de construcție.
Astăzi, majoritatea soluțiilor de simulare sunt orientate spre imprimarea 3D a metalelor. Acest lucru se datorează faptului că tehnologia pune o serie de provocări inginerești complexe. Există multe variabile care pot afecta acumularea în timpul procesului de imprimare, cum ar fi calea și intensitatea laserului și proiectarea structurilor de susținere.
Simularea ajută la analiza fenomenelor complexe care apar în timpul procesului de imprimare 3D metalică și folosește datele de simulare pentru a planifica construcția pentru a selecta cele mai reușite alinieri ale pieselor și strategiile de sprijin.
În 2019, pe piață au existat multe soluții de simulare AM, de la companii mai mari, cum ar fi ANSYS și Siemens, la companii de software mai mici, care oferă doar soluții specifice AM, cum ar fi Additive Works.
Compania de software de inginerie ANSYS este un exemplu. De la începutul anului 2019, compania a lansat trei actualizări majore care includ multe caracteristici noi.
O actualizare care se remarcă este ANSYS Additive Prep. Acest instrument face parte din pachetele software ANSYS Additive Suite și ANSYS Additive Print.
Caracteristicile sale includ capacitatea de a crea hărți de căldură care permit inginerilor să prezică modul în care orientările de construcție AM vor afecta structurile de suport, duratele de construcție, distorsiunile și performanța generală de imprimare.
În cea mai recentă versiune R3, ANSYS Additive Prep a fost, de asemenea, îmbunătățită cu un nou procesor de construcție care permite utilizatorilor să exporte un fișier de construire direct pe o mașină AM, eliminând necesitatea utilizării unui fișier STL. Un instrument pentru prezicerea efectelor tratamentului termic este, de asemenea, la orizont pentru 2020.
Mai recent, Altair a lansat, de asemenea, o nouă soluție de simulare a producției pentru AM, numită Inspire Print3D.
Software-ul este destinat în mod special topirii selective cu laser (SLM) și este destinat să ofere un set de instrumente rapid și precis pentru proiectarea și simularea procesului de fabricație.
Caracteristicile software cheie includ crearea de structuri de susținere în același mediu cu piesa proiectată, simulare termomecanică avansată pentru a reduce postprocesarea și a evita erorile costisitoare, detectarea unor deformări mari, încălzirea și delaminarea excesivă și capacitatea de a valida fișiere și gata pentru imprimare 3D.
În spațiul de imprimare 3D cu polimeri, e-Xstream, care a fost achiziționată de MSC Software Corporation în 2013, este una dintre puținele companii specializate în tehnologii AM polimerice și compozite.
Compania a dezvoltat o soluție software Digimat AM pentru a simula procesele FDM și SLS. Programul ajută la prezicerea problemelor de imprimare, cum ar fi warpage și la compensarea distorsiunilor. În plus, cea mai recentă versiune a Digimat 2019.0 oferă, de asemenea, o simulare a modelelor de material armat cu fibre pentru sistemele de materiale de la DSM, Solvay Specialty Polymers și Stratasys Inc.
Ca obiectiv pe termen lung, e-Xstream se va baza pe expertiza sa în modelarea materialelor pentru a aborda tipărirea cu mai multe materiale.
Abilitatea de a imprima corect piesele 3D pentru prima dată este unul dintre factorii cheie în adoptarea crescândă a tehnologiei. În viitor, vom descoperi probabil că software-ul de simulare este combinat cu funcții noi pentru procesele de monitorizare. Acest lucru permite inginerilor să confirme rezultatele simulate așteptate cu date de construire în timp real și, în cele din urmă, să obțină rate mai mari de succes la imprimare.
Sisteme de execuție a producției: permite controlul și trasabilitatea fluxului de lucru
În ultimii ani, imprimarea 3D a început să treacă de la un proces de prototipare și producție pe loturi mici la producție pe scară largă. Această mișcare a evidențiat nevoia de software pe care companiile îl pot folosi pentru a face față volumelor de producție în creștere și pentru a-și scala mai eficient operațiunile AM.
Acest lucru a dus la dezvoltarea software-ului Manufacturing Execution System (MES), care este conceput special pentru a satisface nevoile industriei AM.
Software-ul MES ajută la conectarea punctelor din fluxul de lucru AM, fie că este vorba despre gestionarea cerințelor, planificarea producției sau planificarea post-procesare. Scopul general al MES este de a oferi controlul necesar pentru producția AM de succes, maximizarea utilizării mașinii, introducerea unei automatizări mai mari și îmbunătățirea trasabilității.
O tendință importantă pentru creșterea segmentului de software MES este necesitatea unei platforme end-to-end suficient de flexibile pentru a fi adaptate la cerințele individuale ale departamentelor AM. Foarte puține companii oferă în prezent o astfel de soluție.
Introducere în conectivitatea mașinii
De asemenea, mașinile de rețea și datele despre mașini devin din ce în ce mai importante, pe măsură ce companiile își digitalizează din ce în ce mai mult procesele. Software-ul MES va juca un rol mai mare în acest lucru, deoarece diferite imprimante 3D pot fi conectate pe o singură platformă.
De exemplu, AMFG a anunțat recent conectivitate cu imprimante 3D EOS. Aceasta înseamnă că clienții mașinilor EOS își pot gestiona întreaga operațiune AM cu MES AMFG și, în același timp, pot stabili o conexiune directă cu mașinile lor prin intermediul platformei software.
Conectarea mașinilor pe o singură platformă permite un flux continuu de date care asigură trasabilitatea și scalabilitatea necesare pentru a împuternici AM pentru industrializare.
Software-ul MES integrează treptat funcțiile altor software-uri. De exemplu, unele soluții oferă posibilitatea de a repara fișiere STL și de a pregăti modele pentru imprimare.
Un alt exemplu este integrarea funcțiilor de management QA. De exemplu, platforma noastră MES permite utilizatorilor să importe documentație, fie că este vorba de rapoarte, fișe tehnice sau imagini 3D, și să o compare cu partea fizică imprimată 3D pentru a se asigura că sunt îndeplinite cerințele QA.
La fel ca software-ul de proiectare, platformele MES sunt de asemenea potrivite pentru combinație cu soluții de inteligență artificială (AI).
Fluxurile de lucru de tipărire 3D necesită o mare intensitate de date, ceea ce înseamnă că există o mulțime de informații cu privire la starea comenzii, date despre mașină și materiale care nu numai că pot fi monitorizate și colectate, ci și analizate și procesate (și ar trebui).
Prin integrarea algoritmilor AI, software-ul poate analiza datele colectate și face sugestii pentru îmbunătățirea proceselor de producție. În cele din urmă, oferă o imagine de ansamblu mai bună despre locul în care sunt blocajele cheie și modul în care procesul poate fi optimizat pentru a obține o productivitate mai mare.
Software de asigurare a calității
Numeroase companii lucrează pentru certificarea pieselor imprimate 3D, astfel încât să poată fi utilizate în producție. În prezent, cele mai frecvente două metode de certificare a unei piese care îndeplinește cerințele QA sunt testarea distructivă și scanările CT, ambele costisitoare, consumatoare de timp, risipitoare și nu întotdeauna precise.
Modul mai eficient de a sprijini procesul de asigurare a calității este prin monitorizarea în proces. De regulă, monitorizarea în proces constă dintr-o combinație de senzori și camere într-o imprimantă 3D, cu software care poate analiza datele înregistrate de senzori și le poate furniza într-un mod semnificativ.
O companie care oferă o astfel de combinație este Sigma Labs. Pachetul software PrintRite3D® conține modulele INSPECT, CONTOUR și ANALYTICS. De exemplu. modulul INSPECT va măsura bazinul de topitură (bazinul de lichid metalic topit care este creat în timp ce laserul încălzește pulberea) pentru a detecta și a prevedea anomaliile
Software-ul Sigma Labs PrintRite3D este una dintre puținele soluții terțe. În majoritatea cazurilor, producătorii de imprimante 3D din metal dezvoltă software-ul QA în Domo. Cu toate acestea, numărul de mașini integrate în software-ul QA este încă dezamăgitor de scăzut.
De exemplu, există imprimantele EOS 3D cu instrumentul EOSTATE MeltPool și imprimantele Sapphire 3D ale VELO3D, care au fost recent integrate în noul software Assure.
Asigurarea calității a devenit noul cuvânt cheie în lumea AM, deoarece companiile doresc să accelereze validarea pieselor și, în cele din urmă, să reducă abaterile în procesul de imprimare. Asta înseamnă că vor apărea mai multe soluții software QA - iar această tendință prinde deja încet.
Software-ul AM în centrul atenției: un segment cu maturizare rapidă
În trecut, dezvoltarea de software pentru AM a fost mult mai lentă în comparație cu hardware-ul. De asemenea, a existat un număr mult mai mic de companii de software AM, care au avut un impact asupra nivelului de inovație din acest segment.
Cu toate acestea, acest lucru s-a schimbat dramatic în ultimii ani pe măsură ce industria se maturizează și apar soluții mai avansate pe piață. De la CAD la simulare până la soluții de flux de lucru, software-ul este dezvoltat pentru a aduce AM în producție mai rapid și mai ușor.
În viitor, ritmul acestei progrese va accelera și va face din AM o adevărată soluție de fabricație digitală.