4 задачи аддитивного производства, которые можно решить с помощью программного обеспечения

Когда дело доходит до внедрения аддитивного производства, большинство компаний обнаруживают, что это не просто покупка машины и производство деталей сразу.

Несмотря на все преимущества 3D-печати, для успешного внедрения этой технологии необходимо учитывать ряд факторов. Какие инструменты дизайна будут использоваться? Как вы обеспечите бесперебойный процесс управления рабочим процессом? А как насчет безопасности?

Пытаться найти ответы на все эти вопросы иногда может быть сложно для компаний, стремящихся использовать 3D-печать для целей, выходящих за рамки быстрого прототипирования. К счастью, появились программные решения, которые помогают решать эти проблемы на различных этапах рабочего процесса AM. Эти решения позволяют 3D-печати выйти за рамки своих ограничений и стать по-настоящему цифровой производственной технологией.

Ниже мы исследуем способы, которыми в настоящее время различное программное обеспечение помогает справиться с четырьмя ключевыми проблемами, с которыми сталкиваются многие компании при первом внедрении AM.

1. Разработка для добавки

Аддитивное производство расширяет границы возможностей промышленного дизайна. В сочетании с технологиями 3D-печати передовые инструменты проектирования, такие как топологическая оптимизация и программное обеспечение для генеративного проектирования, помогают преодолеть традиционные ограничения проектирования, выдвигая на передний план новые возможности, такие как решетчатые структуры и консолидация деталей.

Тем не менее, разработка добавок остается проблемой для многих инженеров.

Одной из причин этого является тенденция смотреть на дизайн AM через призму традиционного производства. Однако простое применение традиционных подходов к проектированию к аддитивному производству не сработает, поскольку требования к каждому из них сильно различаются.

При проектировании для AM необходимо учитывать множество факторов, в том числе опорные конструкции (сколько? Где они должны быть расположены?) и ориентацию деталей, и это лишь некоторые из них. Проблемы, возникающие с этими и другими элементами дизайна, могут привести к дальнейшей неэффективности на этапах производства и постобработки.

Возьмем для примера опорные конструкции. Опоры используются для предотвращения таких проблем, как искажение и обрушение детали. В частности, при 3D-печати металлом опоры практически всегда являются жизненно важным дополнением к процессу проектирования.

При проектировании для AM полезно минимизировать количество поддерживающих структур, так как это помогает сократить время печати и постобработки, а также количество используемого материала. Один из способов уменьшить количество опор - это перепроектировать деталь так, чтобы ей требовалось как можно меньше опор. Однако изменение конструкции детали для устранения опор или их интеграции в сам продукт может оказаться очень трудоемким процессом, если выполняется вручную.

Чтобы упростить процесс, решения от Autodesk, Additive Works и Materialize предлагают способы автоматизации создания поддержки с помощью программного обеспечения.

Например, e- Программа Stage for Metal может автоматически создавать опорные конструкции для металлических компонентов. По заявлению компании, дизайнеры могут сократить время создания опор на 90%. Полученные опоры тонкие и легко снимаются и, как сообщается, могут сократить время, затрачиваемое на снятие металлической опоры, на 50%.

Поиск правильной ориентации детали - еще одна распространенная проблема, с которой приходится сталкиваться в процессе проектирования и подготовки сборки.

Правильная ориентация и раскладка (оптимальное расположение деталей на платформе для сборки) позволяют добиться оптимального сочетания времени печати, качества поверхности и расхода материала.

Также начинают появляться программные решения, разработанные, чтобы помочь с задачей подготовки печатной сборки к печати (также известной как «подготовка сборки»).

Инструменты подготовки сборки позволяют пользователям оптимизировать 3D-проекты, подготавливая их к печати. Инженеры могут использовать инструменты подготовки сборки для определения оптимальной ориентации и положения детали на рабочей пластине, настройки параметров печати и выявления любых проблем с дизайном до печати.

Вышеупомянутые компании предоставляют функции подготовки сборки в рамках своих предложений по проектированию и САПР. В дополнение к этому, один новый пример взят из лондонского стартапа Betatype. Компания разработала собственный подход к оптимизации процесса подготовки к печати для 3D-печати металлом. Платформа обработки данных Engine использует различные алгоритмы оптимизации, которые компания использует для сокращения времени печати и максимального использования машины.

Недавнее исследование компании Betatype дает представление о ее моделях оптимизации для производства ортопедических имплантатов.

Один из самых захватывающих подходов заключался в объединении множества имплантатов вместе с использованием специальных решетчатых узловых опор. Такой подход позволил компании в полной мере использовать все пространство для сборки 3D-принтера. Кроме того, он позволил удалить опору с помощью пескоструйной обработки, исключив необходимость в снятии опоры вручную.

3D-печать большего количества деталей за одну сборку и сокращение потребности в пост-обработке - это выигрышная формула, помогающая сократить стоимость детали для 3D-печати металлом при более быстрой амортизации машины. Пример etatype показывает, как этого можно достичь с помощью мощного программного обеспечения.

Процесс оптимизации дизайна для аддитивного производства может быть довольно сложным. Однако с помощью современного программного обеспечения для проектирования и подготовки сборки дизайнеры и инженеры могут найти оптимальную стратегию проектирования, ориентации и поддержки, которая поможет им добиться последовательного и экономичного производства.

2. Метод проб и ошибок при 3D-печати металлом

Металлическая 3D-печать стремительно развивается, но для успешной 3D-печати металлических деталей этой технологии по-прежнему требуется немало проб и ошибок. Чтобы быть жизнеспособными для производства, процессы обработки металлов давлением должны быть предсказуемыми и повторяемыми. Однако в действительности частота отказов все еще довольно высока.

Когда дело доходит до 3D-печати металлом, существует ряд переменных, которые могут повлиять на качество детали, включая качество материала, толщину слоя, мощность лазера или луча и расход газа.

Обычно инженерам приходится пробовать разные параметры печати, чтобы найти правильную комбинацию, которая позволит им успешно завершить процесс печати. Это, однако, затрудняет успешную 3D-печать металлических деталей с первого раза, что приводит к длительным и дорогостоящим испытаниям.

Программное обеспечение для моделирования - это один из способов повысить шансы на успех при 3D-печати металлических деталей. Моделирование можно использовать для моделирования поведения детали в различных условиях. Но с 3D-печатью металлом моделирование все чаще используется для понимания самого производственного процесса.

Возьмем ANSYS в качестве примера. Компания по разработке программного обеспечения предлагает ряд инструментов для моделирования и проектирования, призванных помочь инженерам успешно создавать металлические детали, напечатанные на 3D-принтере. Его предложение Additive Suite позволяет пользователям анализировать свойства микроструктуры и поведение детали до начала процесса печати. ​​

«С появлением аддитивного производства мы увидели, что не только необходимо моделировать продукта и того, как он будет использоваться, а также для моделирования самого процесса в связи с характером процесса аддитивного производства. Сюда входит рассмотрение таких вещей, как деформация детали, потенциальное разрушение и растрескивание », - говорит Дэйв Коновер из ANSYS.

Моделирование процесса печати позволяет компаниям создавать модели, рассматривая различные этапы процесса сборки. Например, такая модель может отображать, как материал будет нагреваться, плавиться и затвердевать в машине. Эта информация, созданная программным обеспечением для моделирования, затем может использоваться для прогнозирования структуры материала, пористости, деформации и остаточного напряжения, что позволяет инженерам точно настраивать параметры процесса, чтобы избежать потенциальных проблем.

Компания-разработчик программного обеспечения Simufact продемонстрировала, как можно применить виртуальную инженерию, чтобы сократить количество этапов тестирования при изготовлении петли для вытяжки. В совместном проекте с EDAG и voestalpine программное обеспечение Simufact использовалось для моделирования деформации и остаточных напряжений в печатном компоненте перед производством.

Используя моделирование, инженеры смогли запустить процесс сборки виртуально и просмотреть реалистичное деформационное поведение детали. Полученные данные моделирования позволили инженерам получить ценную информацию о том, как компенсировать деформацию петли без потери времени и материалов путем печати методом проб и ошибок.

3. Управление рабочими процессами

Независимо от того, занимаетесь ли вы 3D-печатью деталей для клиентов в качестве сервисного бюро или компании, использующей 3D-печать внутри компании, организация и управление производственным процессом имеют решающее значение. Однако многие компании используют неэффективные инструменты для решения жизненно важных задач, таких как управление запросами, планирование и составление графиков производства, отслеживание деталей и управление сроками доставки.

В то время как некоторые используют несколько программных решений вместе, включая CAD, PLM и ERP, другие полагаются на общие инструменты управления проектами, такие как Trello или простой Excel. Какая бы система ни была выбрана, все неизбежно приведет к ряду повседневных проблем.

Например, менеджеры по производству ограничены в своих возможностях получать информацию о состоянии производства в режиме реального времени при использовании электронных таблиц. Точно так же использование различных программных инструментов часто приводит к повторному вводу данных вручную, отнимая много времени.

Без адекватной системы непрерывного рабочего процесса компаниям будет сложно измерить производительность , оцените сроки доставки и, самое главное, масштаб. Это особенно важный момент, так как с ростом производственных мощностей возрастет и потребность в правильной программной архитектуре для поддержки этого роста.

Чтобы облегчить эти болевые точки в управлении рабочими процессами, следует подумать о программном обеспечении для рабочих процессов, адаптированном к конкретным потребностям аддитивного производства. Эффективная платформа сквозного рабочего процесса помогает упростить этапы от размещения заказа до постпроизводственных проверок, предоставляя компании полную видимость рабочего процесса аддитивного производства.

Ярким примером является производство добавок Bowman. Подразделение AM по производству подшипников, Bowman International, использует программное обеспечение рабочего процесса AM для управления каждым этапом процесса производства подшипников, напечатанных на 3D-принтере.

Например, команда Bowman может автоматически получать запросы напрямую через свою программную платформу, а не только по электронной почте, как это было раньше. Кроме того, компания использует программное обеспечение для распределения частей по сборке и проверки статуса каждой сборки, отслеживая рабочую нагрузку и доступность машины.

Благодаря постоянно растущим производственным мощностям, внедрение программного обеспечения для автоматизации рабочих процессов позволило Bowman значительно оптимизировать производственный процесс, достигнув более высокого уровня эффективности и производительности.

4. Обеспечение безопасности данных

Поскольку все больше компаний внедряют аддитивное производство для производства, защита интеллектуальной собственности и защита цифровой нити AM как никогда важны.

3D-печать позволяет компаниям вести виртуальные складские запасы с цифровым дизайном деталей, которые можно отправить на любой объект по всему миру и изготовить на месте и по мере необходимости. Поступая таким образом, компании могут сократить свои запасы, снижая затраты на хранение.

Однако полностью цифровая экосистема аддитивного производства вызывает некоторые опасения по поводу кибербезопасности.

Цифровые файлы содержат ценные данные о том, как компоненты проектируются и должны производиться. Когда такие файлы распространяются в цифровом виде, становится сложно предотвратить кражу или подделку данных. Это может привести к незаконному перераспределению и тиражированию продуктов, что в конечном итоге повлияет на целостность интеллектуальной собственности компании.

Чтобы решить эти насущные проблемы, разрабатываются специальные программные решения для обеспечения безопасности AM. Например, LEO Lane - это компания, которая предоставляет облачное решение для защиты цифровых активов.

Шифрование файла дизайна делает невозможным доступ к дизайну без авторизации. Владелец IP также может встраивать инструкции в зашифрованный файл, контролируя качество и количество своих деталей и продуктов каждый раз, когда они производятся.

Это достигается путем указания типа машины, на которой будет напечатан дизайн, типа материалов и допустимого количества отпечатков - таким образом гарантируя, что сторона, получившая файл, не будет печатать расставаться столько раз, сколько они хотят.

Программное обеспечение AM:ключевой элемент производственного успеха

Как мы видели, когда дело доходит до внедрения технологий 3D-печати, программное обеспечение так же важно, как и оборудование или материалы.

Чтобы компании могли успешно использовать аддитивное производство, технология должна быть воспроизводимой, безопасной и простой в использовании. Это проблемы, для которых программное обеспечение AM может быть правильным решением.