Softvér pre 3D tlač Skutočná digitálna výroba - AMFG
Inžinierstvo pre aditívnu výrobu
Schopnosti softvéru na 3D tlač sa zvyšujú s tým, ako priemysel neustále dozrieva.
V minulosti mal segment softvéru pre 3D tlač tendenciu zaostávať za segmentom hardvéru a materiálov. Vzrušujúci vývoj v posledných rokoch však ukazuje, že tento segment sa rýchlo dobieha a umožňuje spoločnostiam rýchlejšie vytvárať zložité návrhy, zvyšovať úspešnosť tlače, zabezpečovať kvalitu dielov a efektívnejšie riadiť pracovné postupy.
Pretože softvér je kľúčom k výnosnej výrobe v 3D tlači, pozrime sa na vývoj, ktorý to umožňuje.
Zoznámte sa s ostatnými článkami v tejto sérii:
Stavebný a CAD softvér: Tvorba nástrojov špecifických pre AM
Až donedávna nebol softvér podporovaný počítačom (CAD) optimalizovaný pre potreby 3D tlače.
Additive Manufacturing (AM) ponúka výhody väčšej zložitosti návrhu. Tieto výhody však vyžadujú iný prístup k dizajnu, ktorý sa často označuje ako Design for AM (DfAM).
Návrh pre AM predstavuje jedinečné výzvy a príležitosti, ktoré sa v tradičných metódach návrhu nenachádzajú. Zahŕňa vytvorenie nových dizajnérskych postupov zameraných na zníženie množstva materiálov a preskúmanie zložitých konštrukčných prvkov.
Tieto nástroje sa pomaly, ale isto objavujú na trhu. Najväčšie impulzy priniesli veľké softvérové spoločnosti ako Autodesk, Altair, Dassault Systems a PTC, ktoré vyvinuli dizajnové funkcie AM ako súčasť svojich CAD riešení.
Napríklad ako súčasť veľkej investície do technológie AM podporuje Autodesk prípravu dizajnu pre 3D tlač prostredníctvom svojej sady Netfabb.
Pomocou programu Netfabb môžu inžinieri importovať, analyzovať a opravovať modely z rôznych formátov CAD a identifikovať oblasti, ktoré potrebujú pomoc. Netfabb možno tiež použiť na poloautomatické generovanie podporných štruktúr a úpravu modelov tak, aby boli optimalizované pre produkciu.
DfAM bol tiež uznaný ako ďalšia hranica platformy PTC Creo CAD. V novej verzii má Creo 6.0 zabudovanú podporu pre špecifické geometrické modelovanie potrebné na vytvorenie ľahkých dizajnových funkcií, vrátane stochastickej peny, konformných mriežok, riadených vzorcami a vlastných mriežok.
Okrem toho môže Creo 6.0 analyzovať a optimalizovať zarovnanie a podporné štruktúry 3D tlače. Podľa spoločnosti to šetrí veľa času tak pri tvorbe, ako aj pri úpravách po tlači.
Pokročilý dizajnový softvér
Niekoľko spoločností vyvíja CAD riešenia špeciálne pre pokročilé inžinierstvo. Jedným z príkladov je nTopology, ktorá nedávno vydala platformu nTop, ktorá bola navrhnutá na riešenie technických problémov, kde je prekážkou geometria.
NTop je počítačom podporované riešenie, ktoré integruje funkcie CAD, simulácie a CAM (Computer Aided Manufacturing) na podporu vývojových tímov pri vytváraní zložitých a optimalizovaných geometrií.
Inžinieri môžu napríklad pomocou programu nTop znížiť hmotnosť a maximalizovať výkon dielov. Môžete tiež použiť viac podmienok zaťaženia a optimalizovať ich pre rôzne výkonnostné kritériá vrátane napätia, posunutia, tuhosti a hmotnosti - proces známy ako optimalizácia topológie.
Je tiež zaujímavé, že softvér je schopný rozdeliť diely, aby sa zabránilo chybám náchylných súborov STL a export údajov o výrobe priamo do strojov.
Hexagon je ďalšou spoločnosťou, ktorá tlačí na obálku softvéru na návrh 3D tlače. Na začiatku tohto roka bol získaný AMendate, nemecký poskytovateľ softvéru na optimalizáciu topológie pre AM. AMendate bol teraz pridaný do ramena softvéru MSC spoločnosti Hexagon, čo viedlo k zavedeniu softvéru MSC Apex Generative Design.
Nové riešenie na optimalizáciu dizajnu zvyšuje kvalitu automatizáciou procesov návrhu v kombinácii so zabudovanými výrobnými znalosťami.
Cieľom tohto softvéru je vytvoriť návrh dielu, ktorý je pripravený na použitie v priebehu niekoľkých hodín - zlomok času, ktorý je bežne potrebný. To zvyšuje produktivitu až o 80 percent v porovnaní s alternatívnymi riešeniami na optimalizáciu topológie.
„V súčasnosti je k dispozícii niekoľko softvérových riešení na generovanie dizajnu, ale ich možnosti sú obmedzené. Napríklad sú veľmi časovo náročné. Chýba im tiež úplná automatizácia a návrhy, ktoré je možné vytvoriť, nie sú dostatočne zložité na to, aby vyhovovali skutočným obchodným výzvam, “uviedol Thomas Reiher, spoluzakladateľ spoločnosti AMendate a teraz riaditeľ generatívneho dizajnu v spoločnosti MSC.
Pokročilé návrhové nástroje vytvorené s ohľadom na procesy AM sú kľúčové pre prekonanie týchto výziev a umožnenie širšej škály inovatívnych aplikácií 3D tlače.
Prezentované alternatívy STL
Aby bolo možné 3D tlačiť navrhnutý model, musia inžinieri zvyčajne previesť pôvodný súbor CAD do formátu STL.
STL je v súčasnosti najpopulárnejším formátom súborov pre 3D tlač, ktorý popisuje trojrozmerný objekt ako sériu spojených trojuholníkov (mnohouholníkov). Napriek svojej obľúbenosti má formát súboru mnoho obmedzení, ktoré sa ešte viac prejavia, keď sa majú zložité výrobné diely navrhovať pomocou 3D tlače.
Napríklad STL nedokáže prečítať farby, textúry a ďalšie informácie o dizajne vášho pôvodného dizajnu.
Okrem toho sa zmeny vykonané v súbore STL neodrazia automaticky v pôvodnom súbore návrhu v CAD, čo znižuje efektivitu procesu návrhu.
Keď modelujete zložité geometrie alebo zvýšite počet trojuholníkov, aby ste zlepšili rozlíšenie, existuje riziko, že súbor STL bude taký veľký, že ho 3D tlačiarne už nebudú vedieť prečítať.
Pri riešení týchto problémov priemysel pracuje na vytvorení alternatívnych formátov súborov. Najsľubnejšia je zatiaľ 3MF, ktorú vypracovalo konzorcium 3MF.
Vďaka 3MF môžu 3D tlačiarne tlačiť súbory CAD dizajnov s farbami, textúrami a ďalšími údajmi o dizajne zamýšľanými pôvodným dizajnérom s úplnou vernosťou. Mal by byť tiež rozšíriteľný a prispôsobiteľný novým technológiám 3D tlače.
Simulačný softvér: predikcia chýb na zlepšenie opakovateľnosti
Simulačný softvér sa naďalej zameriava na vývoj softvéru pre 3D tlač. Hlavným dôvodom je zachovanie potenciálu znížiť alebo dokonca vylúčiť súčasné zdroje chýb s cieľom dosiahnuť reprodukovateľné výsledky 3D tlače.
Simulácia sa zvyčajne používa vo fáze návrhu na digitálnu reprodukciu správania materiálu počas procesu tlače. To znamená, že výsledky simulácie môžu poskytnúť informácie o tom, ako je možné optimalizovať návrh, aby sa zabránilo chybám pri zostavovaní.
Dnes je väčšina simulačných riešení zameraná na 3D tlač kovov. Je to preto, lebo táto technológia predstavuje množstvo zložitých technických výziev. Existuje veľa premenných, ktoré môžu ovplyvniť nahromadenie počas procesu tlače, napríklad dráha a intenzita lasera a návrh podporných štruktúr.
Simulácia pomáha analyzovať zložité javy, ktoré sa vyskytujú počas procesu kovovej 3D tlače, a pomocou simulačných údajov plánuje plánovanie zostavy s cieľom zvoliť najúspešnejšie stratégie zarovnania a podpory.
V roku 2019 bolo na trhu veľa simulačných riešení AM, od väčších spoločností ako ANSYS a Siemens až po menšie softvérové spoločnosti, ktoré ponúkajú iba riešenia špecifické pre AM, ako napríklad Additive Works.
Jedným z príkladov je strojárska softvérová spoločnosť ANSYS. Od začiatku roku 2019 spoločnosť vydala tri hlavné aktualizácie, ktoré obsahujú mnoho nových funkcií.
Jednou z aktualizácií, ktorá vyniká, je ANSYS Additive Prep. Tento nástroj je súčasťou softvérových balíkov ANSYS Additive Suite a ANSYS Additive Print.
Medzi jeho vlastnosti patrí schopnosť vytvárať tepelné mapy, ktoré umožňujú inžinierom predvídať, ako orientácia zostavy AM ovplyvní podporné štruktúry, časy zostavenia, skreslenia a celkový výkon tlače.
V najnovšej verzii R3 bol program ANSYS Additive Prep tiež vylepšený o nový procesor zostavenia, ktorý umožňuje používateľom exportovať súbor zostavenia priamo do zariadenia AM, čo eliminuje potrebu použitia súboru STL. Na rok 2020 je tiež na spadnutie nástroj na predpovedanie účinkov tepelného spracovania.
Spoločnosť Altair nedávno uviedla na trh nové riešenie simulácie výroby s názvom Inspire Print3D.
Softvér je špecificky zameraný na selektívne laserové tavenie (SLM) a má poskytnúť rýchlu a presnú sadu nástrojov na navrhovanie a simuláciu výrobného procesu.
Medzi kľúčové softvérové funkcie patrí vytváranie podporných štruktúr v rovnakom prostredí ako navrhovaná časť, pokročilá termomechanická simulácia na zníženie post-spracovania a zabránenie nákladným chybám, detekcia veľkých deformácií, nadmerné zahrievanie a delaminácia a schopnosť overovať súbory a pripravený na 3D tlač.
V oblasti polymérnej 3D tlače je e-Xstream, ktorý v roku 2013 získala spoločnosť MSC Software Corporation, jednou z mála spoločností špecializujúcich sa na polymérne a kompozitné technológie AM.
Spoločnosť vyvinula softvérové riešenie Digimat AM na simuláciu procesov FDM a SLS. Tento program pomáha predvídať problémy s tlačou, ako sú deformácie, a kompenzovať skreslenie. Najnovšia verzia programu Digimat 2019.0 navyše ponúka simuláciu materiálových modelov vystužených vláknami pre materiálové systémy od spoločností DSM, Solvay Specialty Polymers a Stratasys Inc.
Ako dlhodobý cieľ bude e-Xstream využívať svoje odborné znalosti v oblasti modelovania materiálov pri riešení tlače viacerých materiálov.
Schopnosť po prvý raz správne 3D tlačiť súčasti je jedným z kľúčových faktorov zvyšovania prijatia tejto technológie. V budúcnosti pravdepodobne zistíme, že simulačný softvér bude kombinovaný s novými funkciami pre monitorovanie procesov. To umožňuje inžinierom potvrdiť očakávané simulované výsledky pomocou údajov o zostavení v reálnom čase a nakoniec dosiahnuť vyššiu úspešnosť tlače.
Systémy výroby: Umožnite kontrolu a sledovateľnosť pracovného toku
V posledných niekoľkých rokoch sa 3D tlač začala presúvať z procesu prototypovania a malosériovej výroby k výrobe vo veľkom. Tento krok zdôraznil potrebu softvéru, ktorý môžu spoločnosti používať na zvládnutie zvyšujúcich sa objemov výroby a efektívnejšie rozširovanie svojich operácií AM.
To viedlo k vývoju softvéru Manufacturing Execution System (MES), ktorý je špeciálne navrhnutý tak, aby vyhovoval potrebám odvetvia AM.
Softvér MES pomáha spájať body v pracovnom toku AM, či už ide o správu požiadaviek, plánovanie výroby alebo plánovanie post-processingu. Celkovým cieľom MES je poskytnúť kontrolu potrebnú pre úspešnú produkciu AM, maximalizovať využitie stroja, zaviesť väčšiu automatizáciu a zlepšiť vysledovateľnosť.
Dôležitým trendom pre rast segmentu softvéru MES je potreba konzistentnej platformy, ktorá je dostatočne flexibilná na to, aby sa dala prispôsobiť individuálnym požiadavkám oddelení AM. Takéto riešenie v súčasnosti ponúka veľmi málo spoločností.
Úvod do konektivity strojov
Sieť strojov a strojových dát je čoraz dôležitejšia, pretože spoločnosti čoraz viac digitalizujú svoje procesy. Softvér MES v tom bude hrať väčšiu úlohu, pretože na jednu platformu je možné pripojiť rôzne 3D tlačiarne.
Napríklad spoločnosť AMFG nedávno oznámila pripojenie k tlačiarňam EOS 3D. To znamená, že zákazníci strojov EOS môžu riadiť celú svoju prevádzku AM pomocou MES spoločnosti AMFG a zároveň nadviazať priame spojenie so svojimi strojmi prostredníctvom softvérovej platformy.
Prepojenie strojov na jednej platforme umožňuje plynulý tok dát, ktorý zaisťuje vysledovateľnosť a škálovateľnosť potrebnú na posilnenie AM pre industrializáciu.
Softvér MES tiež postupne integruje funkcie iného softvéru. Niektoré riešenia napríklad poskytujú schopnosť opraviť súbory STL a pripraviť modely na tlač.
Ďalším príkladom je integrácia funkcií riadenia QA. Napríklad naša platforma MES umožňuje používateľom importovať dokumentáciu, či už ide o správy, údajové listy alebo 3D obrázky, a porovnávať ju s fyzickou 3D tlačenou časťou, aby sa zabezpečilo splnenie požiadaviek QA.
Rovnako ako návrhový softvér, aj platformy MES sú vhodné na kombináciu s riešeniami umelej inteligencie (AI).
Pracovné postupy 3D tlače sú veľmi náročné na dáta, čo znamená, že existuje veľa informácií o stave objednávky, údajoch o stroji a materiáloch, ktoré je možné nielen monitorovať a zhromažďovať, ale aj analyzovať a spracovať (a mali by).
Vďaka integrácii algoritmov AI môže softvér analyzovať zhromaždené údaje a navrhnúť zlepšenia výrobných procesov. V konečnom dôsledku poskytuje lepší prehľad o tom, kde sú kľúčové prekážky a ako možno proces optimalizovať na dosiahnutie vyššej produktivity.
Softvér na zabezpečenie kvality
Mnoho spoločností pracuje na certifikácii 3D tlačených dielov, aby ich bolo možné použiť vo výrobe. V súčasnosti sú dvoma najbežnejšími spôsobmi certifikácie časti, ktorá spĺňa požiadavky QA, deštruktívne testovanie a CT skenovanie, ktoré sú drahé, časovo náročné, zbytočné a nie vždy presné.
Účinnejším spôsobom podpory procesu QA je monitorovanie v procese. Monitorovanie počas procesu spravidla pozostáva z kombinácie senzorov a kamier v 3D tlačiarni so softvérom, ktorý dokáže analyzovať údaje zaznamenané senzormi a poskytnúť ich zmysluplným spôsobom.
Jednou spoločnosťou, ktorá ponúka takúto kombináciu, je Sigma Labs. Softvérový balík PrintRite3D® obsahuje moduly INSPECT, CONTOUR a ANALYTICS. Napríklad modul INSPECT môže merať zmes taveniny (zmes kvapaliny z roztaveného kovu, ktorá sa vytvára pri zahrievaní prášku laserom), aby zistila a predpovedala anomálie
Softvér spoločnosti Sigma Labs PrintRite3D je jedným z mála riešení tretích strán. Vo väčšine prípadov výrobcovia kovových 3D tlačiarní vyvíjajú softvér QA v serveri Domo. Počet strojov integrovaných do softvéru QA je však stále sklamaním nízky.
Napríklad existujú 3D tlačiarne EOS s nástrojom EOSTATE MeltPool a 3D tlačiarne Sapphire spoločnosti VELO3D, ktoré boli nedávno integrované do nového softvéru Assure.
Zabezpečenie kvality sa stalo novým módnym slovom vo svete AM, pretože spoločnosti chcú urýchliť validáciu dielov a v konečnom dôsledku znížiť odchýlky v procese tlače. To znamená, že vznikne viac softvérových riešení QA - a tento trend sa už pomaly formuje.
Softvér AM v centre pozornosti: rýchlo sa rozvíjajúci segment
V minulosti bol vývoj softvéru pre AM v porovnaní s hardvérom oveľa pomalší. Existovalo tiež oveľa menšie množstvo softvérových spoločností AM, čo malo vplyv na úroveň inovácií v tomto segmente.
To sa však za posledné roky dramaticky zmenilo, pretože priemysel dozrieva a na trhu sa objavujú pokročilejšie riešenia. Softvér je vyvíjaný od CAD po simuláciu až po riešenie pracovných tokov, aby priniesol AM do výroby rýchlejšie a ľahšie.
V budúcnosti sa tempo tohto pokroku pravdepodobne zrýchli a urobí z AM skutočné riešenie digitálnej výroby.