3D nyomtatási szoftver Valódi digitális gyártás - AMFG
Mérnöki munka az adalékanyagok gyártásához
A 3D nyomtatószoftver képességei egyre növekszenek, mivel az ipar tovább érik.
A múltban a 3D nyomtatási szoftver szegmens általában lemaradt a hardver és az anyagok szegmensről. Az elmúlt évek izgalmas fejleményei azonban azt mutatják, hogy ez a szegmens gyorsan felzárkózik, és lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy gyorsabban alkossanak összetett terveket, növeljék a nyomtatás sikerességét, biztosítsák az alkatrészek minőségét és hatékonyabban kezeljék a munkafolyamatokat.
Mivel a szoftver a nyereséges termelés kulcsa a 3D nyomtatásban, vessünk egy pillantást az ezt lehetővé tevő fejlesztésekre.
Vessen egy pillantást a sorozat többi cikkére:
Építőipari és CAD szoftver: AM-specifikus eszközök létrehozása
A közelmúltig a számítógépes tervezésű (CAD) szoftvereket nem optimalizálták a 3D nyomtatás tervezési igényeihez.
Az additív gyártás (AM) a nagyobb bonyolultságú előnyöket kínálja. Ezek az előnyök azonban eltérő tervezési megközelítést igényelnek, amelyet gyakran Design for AM-nek (DfAM) neveznek.
Az AM-hez való tervezés egyedülálló kihívásokat és lehetőségeket jelent a hagyományos tervezési módszerekben. Új tervezési gyakorlatok létrehozását foglalja magában, amelyek célja az anyagok csökkentése és az összetett tervezési jellemzők feltárása.
Lassan, de biztosan ezek az eszközök most megjelennek a piacon. A legnagyobb lendületet olyan nagy szoftvercégek adták, mint az Autodesk, az Altair, a Dassault Systems és a PTC, amelyek az CAD tervezési funkciókat fejlesztették ki CAD-megoldásaik részeként.
Például az AM technológiába történő jelentős beruházás részeként az Autodesk Netfabb csomagján keresztül támogatja a 3D-s nyomtatás tervezésének előkészítését.
A Netfabb segítségével a mérnökök különféle CAD formátumokból importálhatnak, elemezhetnek és javíthatnak modelleket, és azonosíthatják a segítségre szoruló területeket. A Netfabb használható félig automatikus támogatási struktúrák létrehozására és a modellek módosítására úgy, hogy optimalizálják őket a gyártáshoz.
A DfAM-ot a PTC Creo CAD platformjának következő határaként is elismerték. Az új verzióban a Creo 6.0 beépített támogatást nyújt a speciális tervezési funkciók létrehozásához szükséges geometriai modellezéshez, beleértve a sztochasztikus habot, a konform rácsokat, a képletvezérelt és az egyedi rácsokat.
Ezenkívül a Creo 6.0 elemezni és optimalizálni tudja a 3D nyomtatási igazítási és támogatási struktúrákat. A cég szerint ez rengeteg időt takarít meg mind az alkotásban, mind a nyomtatás utáni szerkesztésben.
Fejlett tervező szoftver
Néhány társaság kifejezetten a fejlett mérnöki alkalmazásokhoz fejleszt CAD megoldásokat. Az egyik példa az nTopology, amely nemrégiben kiadta az nTop platformot, amelyet mérnöki problémák megoldására terveztek, ahol a geometria szűk keresztmetszet.
Az NTop egy számítógéppel támogatott megoldás, amely integrálja a CAD, a szimulációt és a CAM (Computer Aided Manufacturing) funkciókat, hogy támogassa a fejlesztői csapatokat az összetett és optimalizált geometriák létrehozásában.
Például a mérnökök az nTop segítségével csökkenthetik a súlyt és maximalizálhatják az alkatrészek teljesítményét. Többféle terhelési körülményt is alkalmazhat, és optimalizálhatja azokat a különböző teljesítmény-kritériumok szerint, beleértve a feszültséget, az elmozdulást, a merevséget és a súlyt - ezt a folyamatot topológia optimalizálásnak nevezik.
Az is érdekes, hogy a szoftver képes felosztani a részeket a hibára hajlamos STL fájlok elkerülése és a gyártási adatok közvetlen gépekre történő exportálása érdekében.
A Hexagon egy másik vállalat, amely a 3D nyomtatási tervező szoftver borítékát nyomja. Ez év elején felvásárolták az AMendate német német topológiaoptimalizáló szoftver-szolgáltatót. Az AMendate mostantól felkerült a Hexagon MSC szoftver ágába, ami az MSC Apex Generative Design szoftver bevezetéséhez vezetett.
Az új tervezésoptimalizáló megoldás javítja a minőséget azáltal, hogy automatizálja a tervezési folyamatokat a beágyazott gyártási ismeretekkel együtt.
A szoftver célja olyan alkatrészterv létrehozása, amely néhány óra alatt felhasználásra kész - a szokásos idő töredéke. Ez akár 80 százalékkal is javítja a termelékenységet az alternatív topológiaoptimalizálási megoldásokhoz képest.
„Jelenleg számos tervezési generációs szoftver megoldás érhető el, de képességeik korlátozottak. Például nagyon időigényesek. Hiányzik a teljes automatizálásuk is, és a létrehozható tervek nem elég összetettek a valós üzleti kihívásokhoz ”- mondta Thomas Reiher, az AMendate társalapítója és az MSC generatív tervezésének igazgatója.
Az AM folyamatokat szem előtt tartó fejlett tervezőeszközök kulcsfontosságúak ezeknek a kihívásoknak a leküzdéséhez és az innovatív 3D nyomtatási alkalmazások szélesebb körének lehetővé tételéhez.
STL alternatívák bemutatása
Általában a tervezett modell 3D nyomtatásához a mérnököknek az eredeti CAD fájlt STL formátumba kell konvertálniuk.
Az STL jelenleg a legnépszerűbb fájlformátum a 3D nyomtatáshoz, amely egy háromdimenziós objektumot összekapcsolt háromszögek (sokszögek) sorozataként ír le. Népszerűsége ellenére a fájlformátumnak számos korlátja van, amelyek még nyilvánvalóbbá válnak, amikor a komplex gyártási alkatrészeket 3D nyomtatással kell megtervezni.
Például az STL nem tudja elolvasni az eredeti terv színeit, textúráit és egyéb tervezési információkat.
Ezenkívül az STL fájlban végrehajtott változtatások nem tükröződnek automatikusan az eredeti tervfájlban a CAD-ben, ami hatékonnyá teszi a tervezési folyamatot.
Ha összetett geometriákat modellez, vagy növeli a háromszögek számát a felbontás javítása érdekében, fennáll annak a veszélye, hogy egy STL fájl olyan nagyra nő, hogy a 3D nyomtatók már nem tudják elolvasni.
E kihívások kezelésére az ipar alternatív fájlformátumok létrehozásán dolgozik. A legígéretesebb eddig a 3MF, amelyet a 3MF konzorcium fejlesztett ki.
A 3MF segítségével a 3D nyomtatók teljes hűséggel elolvashatják a CAD tervezési fájlokat az eredeti tervező által tervezett színekkel, textúrákkal és egyéb tervadatokkal. Emellett bővíthetőnek és alkalmazkodónak kell lennie az új 3D nyomtatási technológiákhoz.
Szimulációs szoftver: hibák előrejelzése az ismételhetőség javítása érdekében
A szimulációs szoftver továbbra is nagy hangsúlyt fektet a 3D nyomtatási szoftverek fejlesztésére. Ennek fő oka a jelenlegi hibaforrások csökkentésének vagy akár megszüntetésének lehetőségének megőrzése a reprodukálható 3D nyomtatási eredmények elérése érdekében.
A szimulációt általában a tervezési szakaszban használják, hogy digitálisan reprodukálják az anyag viselkedését a nyomtatási folyamat során. Ez azt jelenti, hogy a szimulációs eredmények információt nyújthatnak arról, hogyan lehet optimalizálni a tervezést az összeállítási hibák elkerülése érdekében.
Ma a szimulációs megoldások többsége a 3D fémnyomtatáshoz igazodik. Ennek oka, hogy a technológia számos összetett mérnöki kihívást jelent. Számos változó befolyásolhatja a felépülést a nyomtatási folyamat során, például a lézer útja és intenzitása, valamint a tartószerkezetek kialakítása.
A szimuláció segít elemezni a fém 3D nyomtatási folyamat során előforduló összetett jelenségeket, és szimulációs adatokkal tervezi az összeállítást, hogy kiválassza a legsikeresebb alkatrész-igazítási és támogatási stratégiákat.
2019-ben sok AM-szimulációs megoldás volt a piacon, a nagyobb vállalatoktól, például az ANSYS-től és a Siemens-től a kisebb szoftvercégekig, amelyek csak AM-specifikus megoldásokat kínálnak, mint például az Additive Works.
Az ANSYS mérnöki szoftvercég erre példa. 2019 eleje óta a vállalat három nagy frissítést adott ki, amelyek számos új funkciót tartalmaznak.
Az egyik kiemelkedő frissítés az ANSYS Additive Prep. Ez az eszköz az ANSYS Additive Suite és az ANSYS Additive Print szoftvercsomag része.
Jellemzői közé tartozik az a képesség, hogy hőtérképeket készítsen, amelyeket a mérnökök felhasználhatnak arra, hogy megjósolják, hogy az AM építési irányai hogyan befolyásolják a tartószerkezeteket, a gyártási időket, a torzításokat és az általános nyomtatási teljesítményt.
A legújabb R3 verzióban az ANSYS Additive Prep fejlesztése egy új build processzorral is megtörtént, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a build fájlt közvetlenül egy AM gépre exportálják, így nincs szükség STL fájl használatára. A hőkezelés hatásainak előrejelzésére szolgáló eszköz szintén 2020-ra készül.
Nemrégiben az Altair egy új gyártási szimulációs megoldást is piacra dobott az AM számára, Inspire Print3D néven.
A szoftver kifejezetten a szelektív lézeres olvasztásra (SLM) irányul, és célja egy gyors és pontos eszközkészlet biztosítása a gyártási folyamat tervezéséhez és szimulálásához.
A fő szoftverjellemzők közé tartozik a támogató struktúrák létrehozása a tervezett alkatrésszel megegyező környezetben, fejlett termomechanikus szimuláció az utófeldolgozás csökkentése és a költséges hibák elkerülése érdekében, a nagy deformációk észlelése, a túlzott fűtés és rétegtelenítés, valamint a fájlok és fájlok validálásának képessége. készen áll a 3D nyomtatásra.
A polimer 3D nyomtatási térben az e-Xstream, amelyet az MSC Software Corporation 2013-ban vásárolt, egyike azon kevés vállalatoknak, amelyek specializálódtak a polimer és az összetett AM technológiákra.
A vállalat kifejlesztett egy Digimat AM szoftver megoldást az FDM és az SLS folyamatok szimulálására. A program segít megjósolni a nyomtatási problémákat, például a vetemedést, és kompenzálja a torzulásokat. Ezenkívül a Digimat 2019.0 legújabb verziója a DSM, a Solvay Specialty Polymers és a Stratasys Inc. szálerősített anyagmodelljeit kínálja anyagrendszerekhez is.
Hosszú távú célként az e-Xstream az anyagmodellezés terén szerzett tapasztalataira támaszkodik a többanyagos nyomtatás kezelése érdekében.
Az alkatrészek első 3D-s nyomtatásának képessége az egyik kulcsfontosságú tényező a technológia fokozottabb elfogadásában. A jövőben valószínűleg azt fogjuk találni, hogy a szimulációs szoftvereket a folyamatok megfigyelésének új funkcióival kombinálják. Ez lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy valós idejű összeállítási adatokkal igazolják a várható szimulált eredményeket, és végül magasabb nyomtatási sikereket érjenek el.
Végrehajtó rendszerek gyártása: A munkafolyamat-ellenőrzés és a nyomon követhetőség engedélyezése
Az elmúlt években a 3D nyomtatás a prototípus készítés és a kis tételes gyártás folyamatából a nagyüzemi gyártásba kezdett át. Ez a lépés rávilágított azon szoftverek szükségességére, amelyekkel a vállalatok képesek megbirkózni a növekvő termelési mennyiségekkel és hatékonyabban méretezni az AM-műveleteket.
Ez a Manufacturing Execution System (MES) szoftver kifejlesztéséhez vezetett, amelyet kifejezetten az AM ipar igényeinek kielégítésére fejlesztettek ki.
A MES szoftver segít az AM munkafolyamat pontjainak összekapcsolásában, legyen szó követelménykezelésről, gyártástervezésről vagy utófeldolgozásról. A MES átfogó célja a sikeres AM-gyártáshoz szükséges vezérlés biztosítása, a gépek maximális kihasználásának maximalizálása, nagyobb automatizálás bevezetése és a nyomon követhetőség javítása.
A MES szoftver szegmens növekedésének fontos tendenciája az, hogy szükség van egy olyan végpontok közötti platformra, amely elég rugalmas ahhoz, hogy alkalmazkodjon az AM osztályok egyedi igényeihez. Jelenleg nagyon kevés vállalat kínál ilyen megoldást.
Bevezetés a gépi kapcsolatba
A hálózati gépek és a gépadatok is egyre fontosabbak, mivel a vállalatok egyre inkább digitalizálják folyamataikat. A MES szoftver nagyobb szerepet játszik ebben, mivel különböző 3D nyomtatók csatlakoztathatók egy platformra.
Például az AMFG nemrégiben jelentette be az EOS 3D nyomtatókkal való kapcsolatot. Ez azt jelenti, hogy az EOS-gépek ügyfelei teljes AM-műveleteiket az AMFG MES-jével kezelhetik, és egyúttal közvetlen kapcsolatot létesíthetnek gépeikkel a szoftverplatformon keresztül.
A gépek egyetlen platformon történő összekapcsolása zökkenőmentes adatáramlást tesz lehetővé, amely biztosítja a nyomonkövethetőséget és a skálázhatóságot, amely szükséges az AM iparosodáshoz.
A MES szoftver fokozatosan integrálja más szoftverek funkcióit is. Például egyes megoldások lehetővé teszik az STL fájlok javítását és modellek előkészítését a nyomtatáshoz.
Egy másik példa a minőségbiztosítási menedzsment funkciók integrálása. Például MES platformunk lehetővé teszi a felhasználók számára dokumentumok importálását, legyenek azok jelentések, adatlapok vagy 3D képek, és összehasonlítsák azokat a fizikai 3D nyomtatott résszel a minőségbiztosítási követelmények teljesülésének biztosítása érdekében.
A tervező szoftverhez hasonlóan a MES-platformok is alkalmasak mesterséges intelligencia (AI) megoldásokkal való kombinálásra.
A 3D nyomtatási munkafolyamatok nagyon intenzívek, ami azt jelenti, hogy rengeteg olyan információ található a megrendelés állapotáról, a gépi és az anyagadatokról, amelyek nemcsak nyomon követhetők és összegyűjthetők, hanem elemezhetők és feldolgozhatók (és kellenek is).
Az AI algoritmusok integrálásával a szoftver elemezheti az összegyűjtött adatokat, és javaslatokat tehet a gyártási folyamatok javítására. Végső soron jobb áttekintést nyújt arról, hogy hol vannak a legfontosabb szűk keresztmetszetek, és hogyan lehet optimalizálni a folyamatot a magasabb termelékenység elérése érdekében.
Minőségbiztosító szoftver
Számos vállalat dolgozik a 3D nyomtatott alkatrészek tanúsításán, hogy azok felhasználhatók legyenek a gyártásban. Jelenleg a minőségbiztosítási követelményeknek megfelelő alkatrész tanúsításának két leggyakoribb módja a destruktív tesztelés és a CT-vizsgálatok, mindkettő drága, időigényes, pazarló és nem mindig pontos.
A minőségbiztosítási folyamat támogatásának hatékonyabb módja a folyamaton belüli figyelés. Általános szabály, hogy a folyamat közbeni megfigyelés egy 3D nyomtatóban található érzékelők és kamerák kombinációjából áll, olyan szoftverrel, amely képes elemezni az érzékelők által rögzített adatokat, és azokat értelmes módon szolgáltatni.
Az egyik ilyen kombinációt kínáló cég a Sigma Labs. A PrintRite3D® szoftvercsomag tartalmazza az INSPECT, CONTOUR és ANALYTICS modulokat. Például az INSPECT modul meg tudja mérni az olvadék medencét (az olvadt fém folyadék medencéjét, amely akkor keletkezik, amikor a lézer melegíti a port) az anomáliák észlelése és előrejelzése érdekében
A Sigma Labs PrintRite3D szoftvere egyike azon kevés külső megoldásoknak. A legtöbb esetben a fém 3D nyomtatógyártók a QO szoftvert fejlesztik a Domóban. A minőségbiztosítási szoftverbe integrált gépek száma azonban továbbra is kiábrándítóan alacsony.
Például vannak az EOS 3D nyomtatók az EOSTATE MeltPool eszközzel és a VELO3D Sapphire 3D nyomtatói, amelyeket nemrég integráltak az új Assure szoftverbe.
A minőségbiztosítás vált az új divatszóvá az AM világban, mivel a vállalatok fel akarják gyorsítani az alkatrészek validálását és végső soron csökkenteni akarják a nyomtatási folyamat eltéréseit. Ez azt jelenti, hogy több minőségbiztosítási szoftver-megoldás fog megjelenni - és ez a tendencia már lassan kialakul.
AM szoftver reflektorfénybe: gyorsan érlelődő szegmens
Korábban az AM szoftverfejlesztése sokkal lassabb volt, mint a hardver. Sokkal kevesebb AM szoftvercég is működött, amelyek hatással voltak az innováció szintjére ebben a szegmensben.
Ez azonban az utóbbi években drámai módon megváltozott, mivel az ipar beérik és fejlettebb megoldások jelennek meg a piacon. A CAD-től a szimulációtól a munkafolyamat-megoldásokig a szoftvert úgy fejlesztették ki, hogy az AM-t gyorsabban és könnyebben lehessen termelni.
A jövőben az előrelépés üteme valószínűleg felgyorsul, és valódi digitális gyártási megoldást jelent az AM számára.