Софтуер за 3D печат Истинско цифрово производство - AMFG
Инженеринг за производство на добавки
Възможностите на софтуера за 3D печат се увеличават, тъй като индустрията продължава да се развива.
В миналото сегментът на софтуера за 3D печат имаше тенденция да изостава от сегмента на хардуера и материалите. Вълнуващите събития през последните години обаче показват, че този сегмент настига бързо и че позволява на компаниите да създават по-бързо сложни дизайни, да повишават успеха при печат, да гарантират качеството на частите и да управляват работните процеси по-ефективно.
Тъй като софтуерът е ключът към печелившата продукция при 3D печат, нека да разгледаме развитието, което го прави възможно.
Разгледайте другите статии от тази поредица:
Конструкция и CAD софтуер: Създаване на специфични за AM инструменти
Доскоро софтуерът с автоматизиран дизайн (CAD) не беше оптимизиран за нуждите на дизайна на 3D печат.
Производството на добавки (AM) предлага предимствата на по-голямата сложност на дизайна. Тези предимства обаче изискват различен дизайнерски подход, често наричан Дизайн за AM (DfAM).
Проектирането за AM представя уникални предизвикателства и възможности, които не се срещат в традиционните методи за проектиране. Включва създаването на нови дизайнерски практики, насочени към намаляване на материала и изследване на сложни дизайнерски характеристики.
Бавно, но сигурно тези инструменти вече се появяват на пазара. Най-големите импулси идваха от големи софтуерни компании като Autodesk, Altair, Dassault Systems и PTC, които разработиха AM дизайнерски функции като част от своите CAD решения.
Например, като част от голяма инвестиция в AM технологията, Autodesk подкрепя подготовката на дизайна за 3D печат чрез своя пакет Netfabb.
С Netfabb инженерите могат да импортират, анализират и ремонтират модели от различни CAD формати и да идентифицират области, нуждаещи се от помощ. Netfabb може да се използва и за полуавтоматично генериране на структури за поддръжка и модифициране на моделите, така че те да бъдат оптимизирани за производство.
DfAM беше признат и като следващата граница за Creo CAD платформата на PTC. В новата версия Creo 6.0 има вградена поддръжка за специфичното геометрично моделиране, необходимо за създаване на леки дизайнерски функции, включително стохастична пяна, конформни решетки, формулирани и персонализирани решетки.
В допълнение, Creo 6.0 може да анализира и оптимизира структурите за подравняване и поддръжка на 3D печат. Според компанията това спестява много време както за създаване, така и за редактиране след печат.
Софтуер за усъвършенстван дизайн
Шепа компании разработват CAD решения специално за напреднали инженерни дейности. Един пример е nTopology, която наскоро пусна платформата nTop, която е проектирана да решава инженерни проблеми, при които геометрията е пречка.
NTop е компютърно подпомагано решение, което интегрира функции CAD, симулация и CAM (Computer Aided Manufacturing) за подпомагане на екипите за разработка при създаване на сложни и оптимизирани геометрии.
Например инженерите могат да използват nTop, за да намалят теглото и да максимизират производителността на частите. Можете също да приложите множество условия на натоварване и да ги оптимизирате за различни критерии за ефективност, включително напрежение, изместване, твърдост и тегло - процес, известен като оптимизация на топологията.
Интересно е също така, че софтуерът може да разделя части, за да избегне податливи на грешки STL файлове и да експортира производствените данни директно на машини.
Hexagon е друга компания, която натиска плика за софтуер за 3D печат. В началото на тази година беше поет AMendate, немски доставчик на софтуер за оптимизиране на топология за AM. AMendate вече е добавен към MSC софтуерния клон на Hexagon, което води до въвеждането на софтуера MSC Apex Generative Design.
Новото решение за оптимизация на дизайна подобрява качеството чрез автоматизиране на процесите на проектиране в комбинация с вградени производствени познания.
Целта на софтуера е да създаде дизайн на част, който е готов да се използва за броени часове - част от нормално необходимото време. Това подобрява производителността с до 80 процента в сравнение с алтернативните решения за оптимизация на топологията.
„В момента се предлагат редица софтуерни решения за генериране на дизайн, но техните възможности са ограничени. Например, те отнемат много време. Липсва им и пълна автоматизация, а дизайните, които могат да бъдат създадени, не са достатъчно сложни за реални бизнес предизвикателства “, каза Томас Рейхер, съосновател на AMendate и сега директор по генеративен дизайн в MSC.
Усъвършенстваните инструменти за проектиране, изградени с оглед на AM процесите, са ключови за преодоляването на тези предизвикателства и позволяват по-широк спектър от иновативни приложения за 3D печат.
Представени са алтернативи на STL
Обикновено, за да отпечатат 3D проектиран модел, инженерите трябва да конвертират оригиналния CAD файл в STL.
Понастоящем STL е най-популярният файлов формат за 3D печат, който описва триизмерен обект като поредица от свързани триъгълници (полигони). Въпреки популярността си, файловият формат има много ограничения, които са още по-очевидни при проектирането на сложни производствени части с помощта на 3D печат.
Например STL не може да чете цветовете, текстурите и друга информация за дизайна на оригиналния ви дизайн.
В допълнение, промените, направени в STL файла, не се отразяват автоматично в оригиналния дизайнерски файл в CAD, което прави процеса на проектиране по-малко ефективен.
Когато моделирате сложни геометрии или увеличавате броя на триъгълниците, за да подобрите разделителната способност, съществува риск STL файл да се увеличи толкова голям, че 3D принтерите вече не могат да го четат.
За да се справи с тези предизвикателства, индустрията работи за създаването на алтернативни файлови формати. Най-обещаващата до момента е 3MF, която е разработена от консорциума 3MF.
С 3MF 3D принтерите могат да четат CAD дизайнерски файлове с цветовете, текстурите и други дизайнерски данни, предназначени от оригиналния дизайнер с пълна точност. Той също така трябва да може да се разширява и да се адаптира към новите технологии за 3D печат.
Симулационен софтуер: прогнозиране на грешки за подобряване на повторяемостта
Симулационният софтуер продължава да бъде основен фокус в разработването на софтуер за 3D печат. Основната причина за това е да се запази потенциалът за намаляване или дори премахване на настоящите източници на грешки, за да се постигнат възпроизводими резултати от 3D печат.
Симулацията обикновено се използва във фазата на проектиране за цифрово възпроизвеждане на поведението на даден материал по време на печатния процес. Това означава, че резултатите от симулацията могат да предоставят информация за това как даден дизайн може да бъде оптимизиран, за да се избегнат грешки при изграждането.
Днес повечето решения за симулация са насочени към 3D метален печат. Това е така, защото технологията представлява редица сложни инженерни предизвикателства. Има много променливи, които могат да повлияят на натрупването по време на процеса на печат, като пътя и интензивността на лазера и дизайна на носещите конструкции.
Симулацията помага да се анализират сложните явления, които се случват по време на металния процес на 3D печат, и използва симулационни данни, за да планира изграждането, за да избере най-успешните стратегии за подравняване на детайлите и подкрепа.
През 2019 г. на пазара имаше много решения за симулация на AM, от по-големи компании като ANSYS и Siemens до по-малки софтуерни компании, които предлагат само специфични за AM решения като Additive Works.
Един от примерите е компанията за инженерен софтуер ANSYS. От началото на 2019 г. компанията пусна три основни актуализации, които включват много нови функции.
Една актуализация, която се откроява, е ANSYS Additive Prep. Този инструмент е част от софтуерните пакети ANSYS Additive Suite и ANSYS Additive Print.
Неговите характеристики включват възможността за създаване на топлинни карти, които инженерите могат да използват, за да предскажат как AM ориентациите за изграждане ще повлияят на опорните конструкции, времената на изграждане, изкривяванията и общата производителност на печат.
В най-новата версия R3, ANSYS Additive Prep също е подобрен с нов процесор за компилация, който позволява на потребителите да експортират файл за компилация директно в AM машина, премахвайки необходимостта от използване на STL файл. Инструмент за прогнозиране на ефектите от термичната обработка също е на хоризонта за 2020 г.
Съвсем наскоро Altair пусна и ново производствено симулационно решение за AM, наречено Inspire Print3D.
Софтуерът е специално насочен към селективното лазерно топене (SLM) и е предназначен да осигури бърз и точен набор от инструменти за проектиране и симулиране на производствения процес.
Основните функции на софтуера включват създаване на поддържащи структури в същата среда като проектираната част, усъвършенствана термомеханична симулация за намаляване на последващата обработка и избягване на скъпи грешки, откриване на големи деформации, прегряване и разслояване и способност за валидиране на файлове и готов за 3D печат.
В полимерното 3D пространство за печат e-Xstream, придобито от MSC Software Corporation през 2013 г., е една от малкото компании, специализирани в полимерни и композитни AM технологии.
Компанията е разработила софтуерно решение Digimat AM за симулация на FDM и SLS процеси. Програмата помага да се предскажат проблеми с печата като warpage и да се компенсира изкривяването. В допълнение, най-новата версия на Digimat 2019.0 също предлага симулация на подсилени с влакна модели на материали за материални системи от DSM, Solvay Specialty Polymers и Stratasys Inc.
Като дългосрочна цел e-Xstream ще се позове на своя опит в моделирането на материали, за да се справи с печатането на много материали.
Способността за правилно триизмерно отпечатване на частите за първи път е един от ключовите фактори за увеличаване на приемането на технологията. В бъдеще вероятно ще открием, че симулационният софтуер се комбинира с нови функции за наблюдение на процесите. Това позволява на инженерите да потвърдят очакваните симулирани резултати с данни за изграждане в реално време и в крайна сметка да постигнат по-високи нива на успех при печат.
Производствени системи за изпълнение: Активирайте контрола на работния процес и проследимостта
През последните години 3D печатът започна да преминава от процес на прототипиране и производство на малки партиди към мащабно производство. Тази промяна подчерта необходимостта от софтуер, който компаниите могат да използват, за да се справят с увеличаващите се обеми на производство и да мащабират по-ефективно своите AM операции.
Това доведе до разработването на софтуер за производствена система (MES), който е специално проектиран да отговори на нуждите на индустрията за AM.
Софтуерът MES помага да се свържат точките в работния процес на AM, било то управление на изискванията, планиране на производството или планиране на последваща обработка. Общата цел на MES е да осигури контрола, необходим за успешното производство на AM, максимално използване на машината, въвеждане на по-голяма автоматизация и подобряване на проследимостта.
Важна тенденция за растежа на софтуерния сегмент на MES е необходимостта от последователна платформа, която да е достатъчно гъвкава, за да бъде адаптирана към индивидуалните изисквания на отделите за AM. Понастоящем много малко компании предлагат подобно решение.
Въведение в машинната свързаност
Мрежовите машини и машинните данни също стават все по-важни, тъй като компаниите все повече дигитализират своите процеси. Софтуерът MES ще играе по-голяма роля в това, тъй като различни 3D принтери могат да бъдат свързани на една платформа.
Например AMFG наскоро обяви свързаност с 3D принтери EOS. Това означава, че клиентите на EOS машини могат да управляват цялата си AM операция с MES на AMFG и в същото време да установят директна връзка със своите машини чрез софтуерната платформа.
Свързването на машини на една платформа позволява безпроблемен поток от данни, който гарантира проследимостта и мащабируемостта, необходими за овластяване на AM за индустриализация.
Софтуерът MES също постепенно интегрира функциите на друг софтуер. Например, някои решения предоставят възможност за поправяне на STL файлове и подготовка на модели за печат.
Друг пример е интегрирането на функции за управление на качеството. Например нашата платформа MES позволява на потребителите да импортират документация, било то отчети, таблици с данни или 3D изображения, и да я сравняват с физическата 3D отпечатана част, за да се гарантира, че са изпълнени изискванията за QA.
Подобно на софтуера за проектиране, MES платформите също са подходящи за комбинация с решения за изкуствен интелект (AI).
Работните процеси на 3D печат са много интензивни, което означава, че има много информация за състоянието на поръчката, машинни и материални данни, които не само могат да бъдат наблюдавани и събирани, но и анализирани и обработвани (и трябва).
Чрез интегриране на AI алгоритми софтуерът може да анализира събраните данни и да прави предложения за подобряване на производствените процеси. В крайна сметка тя предоставя по-добър преглед на това къде са ключовите затруднения и как процесът може да бъде оптимизиран за постигане на по-висока производителност.
Софтуер за осигуряване на качеството
Много компании работят за сертифициране на 3D отпечатани части, така че да могат да се използват в производството. Понастоящем двата най-често срещани метода за сертифициране на част, която отговаря на изискванията за осигуряване на качеството, са деструктивни тестове и CT сканиране, като и двете са скъпи, отнемат много време, разточителни и не винаги точни.
По-ефективният начин за подпомагане на процеса за осигуряване на качеството е чрез наблюдение в процеса. По правило мониторингът в процес се състои от комбинация от сензори и камери в 3D принтер, със софтуер, който може да анализира данните, записани от сензорите, и да ги предоставя по смислен начин.
Една компания, която предлага такава комбинация, е Sigma Labs. Софтуерният пакет PrintRite3D® съдържа модулите INSPECT, CONTOUR и ANALYTICS. Напр. модулът INSPECT ще измерва стопилката (пул от разтопена метална течност, която се създава, докато лазерът нагрява праха), за да открие и прогнозира аномалии
Софтуерът PrintRite3D на Sigma Labs е едно от малкото решения на трети страни. В повечето случаи производителите на метални 3D принтери разработват софтуера QA в Domo. Броят на машините, интегрирани в софтуера QS, все още е разочароващо нисък.
Например има 3D принтери EOS с инструмента EOSTATE MeltPool и 3D принтери Sapphire на VELO3D, които наскоро бяха интегрирани в новия софтуер Assure.
Осигуряването на качеството се превърна в новата модна дума в света на AM, тъй като компаниите искат да ускорят проверката на частите и в крайна сметка да намалят отклоненията в процеса на печат. Това означава, че ще се появят повече софтуерни решения за QA - и тази тенденция вече бавно се оформя.
AM софтуер в светлината на прожекторите: бързо узряващ сегмент
В миналото разработването на софтуер за AM беше много по-бавно в сравнение с хардуера. Имаше и много по-малък брой софтуерни компании AM, които оказаха влияние върху нивото на иновации в този сегмент.
Това обаче се промени драстично през последните години, тъй като индустрията узрява и на пазара се появяват по-модерни решения. От CAD до симулация до решения за работния процес, софтуерът е разработен, за да въведе AM по-бързо и по-лесно в производството.
В бъдеще темпът на този напредък вероятно ще се ускори и ще направи AM истинско цифрово производствено решение.