Програмне забезпечення для 3D-друку Справжнє цифрове виробництво - AMFG
Техніка для виробництва добавок
Можливості програмного забезпечення для 3D-друку зростають, оскільки галузь продовжує розвиватися.
У минулому сегмент програмного забезпечення для 3D-друку, як правило, відставав від сегменту обладнання та матеріалів. Однак захоплюючі події останніх років свідчать про те, що цей сегмент швидко наздоганяє і що дозволяє компаніям швидше створювати складні конструкції, підвищувати рівень успішності друку, забезпечувати якість деталей та ефективніше керувати робочими процесами.
Оскільки програмне забезпечення є запорукою вигідного виробництва у 3D-друці, давайте розглянемо розробки, які роблять це можливим.
Погляньте на інші статті цієї серії:
Конструкція та програмне забезпечення САПР: Створення спеціальних інструментів AM
Донедавна програмне забезпечення автоматизованого проектування (САПР) не було оптимізовано для дизайнерських потреб 3D-друку.
Аддитивне виробництво (АМ) пропонує переваги більшої складності конструкції. Однак ці переваги вимагають іншого підходу до проектування, який часто називають Дизайн для AM (DfAM).
Проектування для AM представляє унікальні виклики та можливості, яких немає в традиційних методах проектування. Він передбачає створення нових дизайнерських практик, спрямованих на зменшення кількості матеріалів та вивчення складних конструктивних особливостей.
Повільно, але впевнено ці інструменти зараз з’являються на ринку. Найбільші імпульси надходили від великих програмних компаній, таких як Autodesk, Altair, Dassault Systems та PTC, які розробили конструкторські функції AM як частину своїх рішень САПР.
Наприклад, як частина великих інвестицій в технологію AM, Autodesk підтримує підготовку дизайну для 3D-друку через свій пакет Netfabb.
За допомогою Netfabb інженери можуть імпортувати, аналізувати та ремонтувати моделі з різних форматів САПР та визначати галузі, які потребують допомоги. Netfabb також можна використовувати для напівавтоматичного створення опорних структур та модифікації моделей, щоб вони були оптимізовані для виробництва.
DfAM також був визнаний наступним рубежем для платформи CTC Creo від PTC. У новій версії Creo 6.0 має вбудовану підтримку для конкретного геометричного моделювання, необхідного для створення легких дизайнерських функцій, включаючи стохастичну піну, конформні сітки, керовані формулою та власні сітки.
Крім того, Creo 6.0 може аналізувати та оптимізувати вирівнювання та підтримку структур 3D-друку. За словами компанії, це економить багато часу як на створення, так і на редагування після друку.
Розширене програмне забезпечення для проектування
Кілька компаній розробляють рішення САПР спеціально для передового інжинірингу. Одним із прикладів є nTopology, яка нещодавно випустила платформу nTop, яка була розроблена для вирішення інженерних проблем, де геометрія є вузьким місцем.
NTop - це автоматизоване рішення, яке інтегрує функції САПР, моделювання та CAM (Computer Aided Manufacturing) для підтримки команд розробників у створенні складних та оптимізованих геометрій.
Наприклад, інженери можуть використовувати nTop для зменшення ваги та максимізації продуктивності деталей. Ви також можете застосувати кілька умов навантаження та оптимізувати їх для різноманітних критеріїв продуктивності, включаючи напруження, зміщення, жорсткість і вагу - процес, відомий як оптимізація топології.
Цікаво також, що програмне забезпечення здатне розділяти деталі, щоб уникнути схильних до помилок файлів STL та експортувати виробничі дані безпосередньо на машини.
Hexagon - ще одна компанія, яка висуває конверт для програмного забезпечення для проектування 3D-друку. На початку цього року було придбано AMendate, німецький постачальник програмного забезпечення для оптимізації топології для AM. AMendate тепер додано до відділення програмного забезпечення MSC Hexagon, що призвело до впровадження програмного забезпечення MSC Apex Generative Design.
Нове рішення з оптимізації дизайну покращує якість завдяки автоматизації процесів проектування в поєднанні із вбудованими виробничими знаннями.
Програмне забезпечення розроблене для створення конструкції деталі, яка готова до використання за лічені години - частку часу, який зазвичай потрібно. Це підвищує продуктивність праці на 80% порівняно з альтернативними рішеннями оптимізації топології.
“На даний момент існує ряд програмних рішень для генерації дизайну, але їх можливості обмежені. Наприклад, вони дуже трудомісткі. Їм також не вистачає повної автоматизації, а проекти, які можна створити, недостатньо складні для реальних бізнес-завдань », - сказав Томас Рейхер, співзасновник AMendate, а зараз директор генеративного дизайну в MSC.
Удосконалені інструменти проектування, побудовані з урахуванням процесів AM, є ключовими для подолання цих викликів та забезпечення широкого кола інноваційних програм для 3D-друку.
Представлені альтернативи STL
Як правило, для тривимірного друку розробленої моделі інженерам потрібно перетворити оригінальний файл CAD на STL.
На даний момент STL - найпопулярніший формат файлу для 3D-друку, який описує тривимірний об’єкт як серію зв’язаних трикутників (багатокутників). Незважаючи на свою популярність, формат файлу має багато обмежень, що стає ще більш очевидним при розробці складних виробничих деталей із використанням 3D-друку.
Наприклад, STL не може читати кольори, текстури та іншу інформацію про дизайн вашого оригінального дизайну.
Крім того, зміни, внесені у файл STL, не відображаються автоматично в оригінальному файлі дизайну в САПР, що робить процес проектування більш неефективним.
Коли ви моделюєте складні геометрії або збільшуєте кількість трикутників для поліпшення роздільної здатності, існує ризик того, що файл STL зросте настільки великим, що 3D-принтери більше не зможуть його прочитати.
Для вирішення цих проблем галузь працює над створенням альтернативних форматів файлів. На сьогодні найбільш перспективним є 3MF, який був розроблений консорціумом 3MF.
За допомогою 3MF 3D-принтери можуть з повною точністю читати файли дизайну САПР з кольорами, текстурами та іншими даними дизайну, наданими оригінальним дизайнером. Його також слід розширювати та адаптувати до нових технологій 3D-друку.
Програмне забезпечення для моделювання: прогнозування помилок для поліпшення повторюваності
Програмне забезпечення для моделювання продовжує залишатися головним напрямком у розробці програмного забезпечення для 3D-друку. Основною причиною цього є збереження потенціалу зменшення або навіть усунення поточних джерел помилок для досягнення відтворюваних результатів 3D-друку.
Моделювання зазвичай використовується на етапі проектування для цифрового відтворення поведінки матеріалу під час процесу друку. Це означає, що результати моделювання можуть надати інформацію про те, як можна оптимізувати дизайн, щоб уникнути помилок побудови.
Сьогодні більшість модельних рішень спрямовані на 3D-друк на металі. Це пояснюється тим, що технологія представляє ряд складних інженерних завдань. Існує багато змінних, які можуть впливати на накопичення в процесі друку, такі як шлях та інтенсивність лазера та конструкція опорних конструкцій.
Моделювання допомагає аналізувати складні явища, що відбуваються в процесі металевого 3D-друку, і використовує дані моделювання для планування побудови, щоб вибрати найбільш вдалі стратегії вирівнювання деталей та підтримки.
У 2019 році на ринку було багато рішень для моделювання AM, від великих компаній, таких як ANSYS та Siemens, до менших програмних компаній, які пропонують лише специфічні для AM рішення, такі як Additive Works.
Одним із прикладів є компанія інженерного програмного забезпечення ANSYS. З початку 2019 року компанія випустила три основні оновлення, які включають багато нових функцій.
Одне оновлення, яке виділяється, - це ANSYS Additive Prep. Цей інструмент є частиною програмних пакетів ANSYS Additive Suite та ANSYS Additive Print.
Його особливості включають можливість створювати теплові карти, які інженери можуть використовувати для прогнозування того, як орієнтації збірки AM вплинуть на опорні конструкції, час побудови, спотворення та загальну продуктивність друку.
В останній версії R3 ANSYS Additive Prep також було вдосконалено новим процесором збірки, що дозволяє користувачам експортувати файл збірки безпосередньо на машину AM, усуваючи необхідність використовувати файл STL. Інструмент прогнозування наслідків термічної обробки також очікується на 2020 рік.
Зовсім недавно Altair також запустив нове рішення для моделювання виробництва для AM під назвою Inspire Print3D.
Програмне забезпечення спеціально спрямоване на селективне лазерне плавлення (SLM) і призначене для забезпечення швидкого та точного набору інструментів для проектування та моделювання виробничого процесу.
Основні функції програмного забезпечення включають створення опорних структур в тому самому середовищі, що і розроблена деталь, вдосконалене термомеханічне моделювання для зменшення обробки та уникнення дорогих помилок, виявлення великих деформацій, перегріву та розшарування, а також можливість перевірки файлів та готовий до 3D-друку.
У полімерному просторі 3D-друку e-Xstream, придбана корпорацією MSC Software в 2013 році, є однією з небагатьох компаній, яка спеціалізується на технологіях полімерних та композитних технологій AM.
Компанія розробила програмне рішення Digimat AM для імітації процесів FDM та SLS. Програма допомагає передбачити такі проблеми друку, як деформація, та компенсувати спотворення. Крім того, остання версія Digimat 2019.0 також пропонує моделювання моделей армованих волокнами матеріалів для систем матеріалів від DSM, Solvay Specialty Polymers та Stratasys Inc.
В якості довгострокової мети e-Xstream використовуватиме свій досвід у моделюванні матеріалів для вирішення питань друку на багатьох матеріалах.
Можливість правильного 3D-друку деталей вперше є одним із ключових факторів посилення впровадження технології. У майбутньому ми, швидше за все, виявимо, що програмне забезпечення для моделювання поєднується з новими функціями для моніторингу процесів. Це дозволяє інженерам підтвердити очікувані змодельовані результати за допомогою даних побудови в реальному часі і в кінцевому підсумку досягти вищих показників успішності друку.
Системи виконання виробництва: Увімкніть контроль робочого процесу та відстеження
В останні роки тривимірний друк почав переходити від процесу створення прототипів та виробництва дрібних партій до великого виробництва. Цей крок підкреслив потребу в програмному забезпеченні, яке компанії можуть використовувати для збільшення обсягів виробництва та більш ефективного масштабування своїх операцій з управління.
Це призвело до розробки програмного забезпечення системи виробництва (MES), яке спеціально розроблено для задоволення потреб галузі АМ.
Програмне забезпечення MES допомагає поєднати точки в робочому процесі AM, будь то управління вимогами, планування виробництва або планування після обробки. Загальна мета MES - забезпечити контроль, необхідний для успішного виробництва AM, максимізувати використання машини, запровадити більшу автоматизацію та покращити простежуваність.
Важливою тенденцією для зростання сегменту програмного забезпечення MES є потреба у наскрізній платформі, яка є достатньо гнучкою для адаптації до індивідуальних вимог підрозділів AM. В даний час дуже мало компаній пропонують таке рішення.
Вступ до машинного підключення
Мережа машин та машинних даних також стає все більш важливою, оскільки компанії дедалі більше оцифровують свої процеси. Програмне забезпечення MES відіграватиме у цьому більшу роль, оскільки різні 3D-принтери можуть бути підключені на одній платформі.
Наприклад, нещодавно AMFG анонсувала можливість підключення до 3D-принтерів EOS. Це означає, що клієнти машин EOS можуть управляти всіма своїми операціями AM за допомогою MES AMFG і одночасно встановлювати пряме з'єднання зі своїми машинами через програмну платформу.
Підключення машин на одній платформі забезпечує безперебійний потік даних, що забезпечує відстежуваність та масштабованість, необхідні для розширення можливостей AM для індустріалізації.
Програмне забезпечення MES також поступово інтегрує функції іншого програмного забезпечення. Наприклад, деякі рішення надають можливість відновити файли STL та підготувати моделі до друку.
Інший приклад - інтеграція функцій управління якістю. Наприклад, наша платформа MES дозволяє користувачам імпортувати документацію, будь то звіти, таблиці даних або тривимірні зображення, і порівнювати її з фізичною частиною, надрукованою на 3D, для забезпечення дотримання вимог щодо якості.
Як і програмне забезпечення для проектування, платформи MES також підходять для поєднання з рішеннями штучного інтелекту (ШІ).
Процеси тривимірного друку вимагають великої кількості даних, а це означає, що існує багато інформації про стан замовлення, дані про машини та матеріали, які можна не тільки контролювати та збирати, але й аналізувати та обробляти (і потрібно).
Інтегруючи алгоритми ШІ, програмне забезпечення може аналізувати зібрані дані та вносити пропозиції щодо вдосконалення виробничих процесів. Зрештою, це забезпечує кращий огляд того, де знаходяться ключові вузькі місця та як можна оптимізувати процес для досягнення більш високої продуктивності.
Програмне забезпечення для забезпечення якості
Численні компанії працюють над сертифікацією деталей із 3D друком, щоб їх можна було використовувати у виробництві. В даний час двома найпоширенішими способами сертифікації частини, що відповідає вимогам контролю якості, є деструктивне тестування та КТ-сканування, які є дорогими, трудомісткими, марними та не завжди точними.
Більш ефективний спосіб підтримати процес контролю якості - це моніторинг, який здійснюється в процесі. Як правило, в процесі моніторингу складається комбінація датчиків і камер у 3D-принтері із програмним забезпеченням, яке може аналізувати дані, записані датчиками, та надавати їх значущим чином.
Однією з компаній, яка пропонує таке поєднання, є Sigma Labs. Програмний пакет PrintRite3D® містить модулі INSPECT, CONTOUR та ANALYTICS. Наприклад, модуль INSPECT може вимірювати пул розплаву (пул розплавленої металевої рідини, який створюється під час нагрівання порошку лазером) з метою виявлення та прогнозування аномалій
Програмне забезпечення PrintRite3D від Sigma Labs - одне з небагатьох сторонніх рішень. У більшості випадків виробники металевих 3D-принтерів розробляють програмне забезпечення QA в Domo. Однак кількість машин, інтегрованих у програмне забезпечення контролю якості, як і раніше невтішно мала.
Наприклад, є 3D-принтери EOS з інструментом EOSTATE MeltPool та 3D-принтери Sapphire VELO3D, які нещодавно були інтегровані в нове програмне забезпечення Assure.
Забезпечення якості стало новим модним словом у світі АМ, оскільки компанії хочуть пришвидшити перевірку деталей та врешті-решт зменшити відхилення в процесі друку. Це означає, що з’явиться більше програмних рішень з контролю якості - і ця тенденція вже поволі формується.
Програмне забезпечення AM в центрі уваги: сегмент, що швидко дозріває
Раніше розробка програмного забезпечення для AM була значно повільнішою порівняно з апаратною. Також було значно менша кількість програмних компаній AM, що вплинуло на рівень інновацій у цьому сегменті.
Однак це різко змінилося за останні роки із розвитком галузі та появою на ринку більш досконалих рішень. Від САПР до моделювання до рішень робочих процесів, програмне забезпечення розроблене для швидшого та простішого впровадження системи AM.
У майбутньому темп цього прогресу, швидше за все, прискориться і зробить AM справжнім цифровим виробничим рішенням.