Интервью с экспертом:главный технолог ANSYS по достижению успеха в 3D-печати из металла с помощью моделирования

3D-печать металлом может быть непростым делом. Из-за потенциальных проблем, включая тепловые искажения, остаточные напряжения, растрескивание и коробление, процесс печати на металлах часто трудно предсказать, а тем более контролировать. И здесь на помощь приходит программное обеспечение для моделирования.

Программное обеспечение для моделирования может использоваться для проектирования и моделирования металлических деталей и процессов с целью минимизации сбоев печати на этапе проектирования, прежде чем деталь будет отправлена ​​на печать.

Компания ANSYS стремится возглавить рынок программного обеспечения для моделирования металлов. . Компания стоимостью миллиард долларов, известная своим программным обеспечением для инженерного моделирования, перешла в сферу аддитивного производства со своим Additive Suite . программное обеспечение, серия моделирования металлов и расширенные инструменты проектирования.

Наряду с рядом стратегических приобретений, включая компанию по моделированию металлов, 3DSIM, и компанию по производству материалов, Granta Design, ANSYS активно предпринимает шаги по расширению своих возможностей моделирования для 3D-печати металлов.

На этой неделе мы поговорим с Дэйвом Коновером, главным технологом ANSYS по аддитивному производству, чтобы обсудить, как компания помогает инженерам ориентироваться в мире 3D-печати металлом, текущее состояние рынка 3D-печати металлом и как компании могут начать работу с технологии.

Не могли бы вы рассказать нам немного об ANSYS и проблемах, которые вы решаете?

ANSYS - поставщик программного обеспечения для моделирования в машиностроении. Исторически сложилось так, что наши клиенты использовали наше программное обеспечение для моделирования того, как продукт будет работать в реальной жизни.

Но с появлением аддитивного производства мы увидели, что существует не только необходимость в моделировании продукта. и как он будет использоваться, а также для моделирования самого процесса в связи с характером процесса аддитивного производства. Это включает в себя рассмотрение таких вещей, как деформация детали и возможное разрушение и растрескивание.

Поэтому в рамках нашего континуума проектирования мы хотели изучить, как лучше всего смоделировать этот аддитивный процесс.

Теперь мы предоставляем инструменты для аддитивного моделирования процессов, а также больше занимаемся элементами дизайна. Это включает в себя проектирование свойств присадки с помощью таких инструментов, как оптимизация топологии, которая представляет собой процесс, позволяющий компьютеру управлять конструкцией детали на основе ее функциональных требований.

Мы также смотрим на такие вещи, как решетчатые структуры, которые невозможно создать никаким другим способом, кроме как добавлением.

Не могли бы вы дать нам более подробное представление о пакете аддитивов ANSYS и принципах работы программного обеспечения?

Конечно. В основном предлагаемые нами решения разделены на три области.

Первый разработан для оператора станка или инженера-конструктора, которым необходимо использовать станок для печати детали. Им нужен инструмент, который может дать им быстрое представление об искажениях, которые будут возникать при сборке, и предложить способы учета этих искажений, которые называются компенсацией.

Итак, первое решение, которое у нас есть, - это инструмент под названием Аддитивная печать . . Он нацелен на оператора станка, который получает файл STL от проектной группы и чья задача - успешно его напечатать.

Во-вторых, мы также предоставляем инструменты для команды дизайнеров, группы, которая исторически использовала наши продукты, чтобы посмотреть, как деталь будет вести себя в реальности. Но теперь мы предоставили им инструменты для моделирования процесса, чтобы они могли заранее спроектировать деталь для аддитивного производства.

Третье предлагаемое нами решение называется Аддитивная наука . . Это инструмент для материаловедов и инженеров, разрабатывающих процесс. Им необходимо разбираться в машинах и смотреть на такие вещи, как, например, какие настройки требуются для машины, чтобы получить хорошую сборку, чтобы у нас была сборка, которая не имеет большой пористости и имеет правильную микроструктуру, необходимую для достижения производительности, которую мы хочу от части.

Итак, это три решения:одно для людей, разрабатывающих детали для добавки, второе для людей, управляющих машинами, и, наконец, одно для тех, кто пытается определить оптимальные параметры машины в чтобы получить успешную сборку.

Есть ли конкретные отрасли, в которых ваше программное обеспечение для моделирования наиболее выгодно?

Одним из первых приверженцев этой технологии, безусловно, является аэрокосмическая промышленность.

Мы заметили ранний интерес здесь из-за облегченных предложений AM и потребности отрасли в производстве этих сложных, легких и многофункциональных деталей.

Биомедицина - еще одна область, в которой растет интерес к металлическому AM.

Но на самом деле интерес к 3D-печати металлом теперь распространяется и на многие другие отрасли, которые ищут технологии, чтобы получить конкурентное преимущество или снизить затраты на единственные в своем роде, мелкосерийная продукция, разрабатываемая сегодня.

Вы упомянули об интересе биомедицинского сектора к металлическому AM. Как биомедицинский сектор использует эту технологию и какое место в ней занимает моделирование?

Основная область применения - протезирование и имплантаты, которые обычно изготавливаются из металла. Здесь настройка является ключевым моментом. Вы либо делаете одну, либо небольшую партию определенных размеров в зависимости от пациента. С добавкой это можно сделать очень легко - это просто случай создания специальной конструкции для имплантата, протеза или другого медицинского устройства.

Конечно, проблема, которая возникает при обработке металла, заключается в что вы получаете искажение. Деталь, которая была разработана, и деталь, выходящая из принтера, не обязательно должны быть одним и тем же из-за тепловых искажений, возникающих в процессе сборки.

Важно учесть это и уметь исправить эти искажения. Моделирование гарантирует, что когда вы проектируете деталь и когда она напечатана, вы можете исказить ее до нужной формы, чтобы она соответствовала лицу человека или его бедренному имплантату или там, где это необходимо в медицинской процедуре.

Есть ли какие-либо ограничения в существующем программном обеспечении для моделирования - чего не может сделать технология?

Ну, собственно производство - очень сложный процесс; с лазерами, поражающими частицы порошка, происходит много всего. Трудно даже понять физику, не говоря уже о том, чтобы учесть ее в программном обеспечении для моделирования.

Итак, все программное обеспечение для моделирования сегодня имеет некоторый уровень допущений, которые ограничивают точность, которую оно может обеспечить. Это, наверное, самый большой недостаток прямо сейчас:они не могут быть такими точными, как вам хотелось бы.

Тем не менее, это, безусловно, развивающаяся область, и проводится масса исследований, чтобы понять процесс и уметь придумывать методики для более точного моделирования. Мы участвуем во многих исследовательских проектах по всему миру, пытаясь продвинуться вперед, чтобы повысить точность.

Уникальный аспект 3D-печати металлами заключается в том, что вы делаете материал, как вы делаете деталь. Он сильно отличается от любого другого производственного процесса.

Итак, мы работаем над пониманием того, как вы контролируете параметры процесса, чтобы материал получился так, как вы хотите, в конце - с правильным сопротивлением усталости, правильной пористостью и микроструктурой. чтобы вы могли рассмотреть этот уровень детализации.

Как вы думаете, насколько мы далеки от этого?

Мы довольно близко. В следующем году или около того мы выпустим продукты, которые смогут выполнять подобные симуляции.

Хотя нам нужно провести много проверок и калибровок, чтобы быть эффективными, мы уверены, что понимаем процесс достаточно хорошо, чтобы это делать. Просто нужно потратить время на разработку программного обеспечения.

ANSYS приобрела компанию 3DSIM по моделированию металлов в 2017 году. Что в то время вызвало желание заняться аддитивным производством?

Проще говоря, наши клиенты погружались в технологию. Мы поняли, что должны поддержать их усилия:они используют наши инструменты для разработки продуктов, и теперь они переходят на аддитивное производство. Им нужны были инструменты, которые помогли бы им разрабатывать эти продукты с использованием этой технологии.

Мы также рано поняли, что им нужна не только помощь в разработке продуктов, им также нужна помощь в понимании технологии и самого процесса - например, таких вещей, как искажения и остаточное напряжение.

Когда мы начали исследовать эту возможность, мы знали, что не сможем в ближайшее время самостоятельно разработать решение органически, особенно в том, что касается микроструктур.

Итак, мы нашли 3DSIM, компанию, которая уже начала действовать в этой области. Они разработали много отличных технологий, у них была отличная команда людей - и это было естественным для нас в то время.

ANSYS также недавно приобрела Granta Design из Кембриджа. Как это повлияет на ваши возможности AM?

Granta Design - это, по сути, компания, занимающаяся информационными материалами. Можно даже сказать, что они PLM данных о материалах, поскольку они управляют данными о материалах для компаний.

В аддитивном смысле мы пересекаемся в том, что с процессом AM связано много данных, например, машины настройки, например. ANSYS и Granta Design увидели необходимость помочь компаниям контролировать и понимать эти объемные данные.

Например, одна из областей, над которыми мы сотрудничаем, - это возможность управлять настройками машины. Это означает, что когда компания выполняет имитацию печати, настройки машины, которые они используют на своих принтерах, могут быть скопированы в базу данных, которую можно легко загрузить и вставить в программу моделирования.

Точно так же, когда Granta управляет данными о материалах, эти данные могут быть загружены в программное обеспечение для моделирования. Это позволяет вам быть уверенным, что вы используете правильный, проверенный материал для этой компании и для этого материала. Таким образом, мы делаем то же самое с аддитивной стороной - управляем этими данными.

Есть ли еще какие-то партнерские отношения, о которых вы можете рассказать?

Мы, безусловно, всегда стремимся создать экосистему на всем протяжении нашей линейки продуктов. В настоящее время мы сосредоточены на нескольких областях.

Один из них расширяет наше физическое пространство. Мы недавно купили оптическую компанию, поскольку переходим к оптическому моделированию - или, если хотите, моделированию света. Например, это очень важная область для автономных транспортных средств, в которой мы активно участвуем.

Что касается аддитивной области, мы также работаем над построением этой экосистемы. Мы всегда смотрим на то, как наши клиенты используют наши продукты и где их болевые точки. Исходя из этого, мы пытаемся понять, можем ли мы помочь найти решение, будь то что-то, что мы можем сделать органически или посредством приобретения или партнерства.

В будущем я думаю, что впереди еще кое-что, потому что с AM появилось так много игроков и частей, которые компания должна собрать воедино, чтобы действительно достичь эффективного производственного процесса. Так что, если мы сможем предоставить как можно больше этих решений, чтобы максимально упростить этот рабочий процесс, от этого выиграют все.

Какой совет вы дали бы компании, которая хочет внедрить 3D-печать металлом?

Несомненно, у крупных компаний есть ресурсы и возможность погрузиться в технологию. Но это немного сложнее, если у вас небольшая компания.

Тем не менее, есть несколько вещей, которые вы можете сделать.

Первое, что нужно выяснить, - это то, какие части и идеи, которые вы можете реализовать, будут иметь коммерческий смысл. Многие бюро по оказанию услуг 3D-печати обладают таким опытом и могут проконсультировать и изготовить для вас детали.

Использование этих поставщиков услуг - один из способов познакомиться с этой технологией. Поэтому вместо того, чтобы инвестировать в машины и пытаться понять их, что требует огромных усилий, все, что вам нужно сделать, это придумать какой-нибудь дизайн и попросить стороннего поставщика распечатать его для вас.

Также важно понимать, что вы не собираетесь просто взять машину, подключить ее и начать печать с первого дня. Потребуется время, чтобы накопить опыт и понимание этой технологии. Конечно, вы можете пройти множество курсов, получить большой опыт и получить консультации, к которым вы также можете обратиться.

Наконец, это тоже вопрос терпения. Безусловно, машины становятся лучше, и в целом в отрасли наблюдается лучшее понимание, чем пять лет назад. В конце концов, мы хотим достичь момента, когда все, что нам нужно сделать , это просто подключите машины, как в обычном производственном процессе. Я думаю, что в конечном итоге мы добьемся этого с помощью 3D-печати, но мы еще не достигли этого. Так что на дальнейшее развитие технологии потребуется время.

Каким вы видите текущее состояние 3D-печати металлом?

Было действительно интересно наблюдать, как он развивается. Вначале определенно было много ажиотажа - кривая ажиотажа Gartner говорит об этом, особенно с участием первых последователей.

Затем была фаза затишья, когда отрасль осознала, что этого не произойдет. так просто, как это могло показаться на первый взгляд.

Но я думаю, что мы прошли через фазу возбуждения, и сейчас мы прошли через фазу затишья. Ожидания намного более реалистичны, и есть лучшее понимание того, что можно сделать с добавлением и как быстро вы сможете его принять.

Думаю, сейчас мы наблюдаем всплеск:в ближайшие годы я ожидаю, что продажи металлических 3D-принтеров будут продолжать расти, возможно, не так агрессивно, как в первые год или два. Но мы увидим, что внедрение неуклонно улучшается во всех отраслях, а не только среди первых пользователей, таких как аэрокосмическая и медицинская.

Другими словами, мы точно на грани.

Какие проблемы, по вашему мнению, еще предстоит решить, чтобы ускорить внедрение этой технологии?

Так много маленьких кусочков. Я упомянул, что машины и технологии, лежащие в основе машин, все еще нуждаются в зрелости.

Другая часть - это понимание рабочего процесса и его сведение к регламентированному процессу, который описывает, как мы переходим от дизайна к производству и постобработке. Но полное понимание того, что потребуется немного больше времени.

Тогда есть вопрос о постобработке. Факторы, такие как термическая обработка этих деталей и их термическая обработка? В этой области сейчас ведется большая работа, поскольку даже эти вещи требуют времени, чтобы развиться и понять.

В конечном счете, вся экосистема AM фрагментирована:существует множество небольших решений и компаний, которые необходимо объединить, чтобы создать рабочий процесс и комплексное решение.

Эта консолидация должна продолжиться. Я думаю, это упростит задачу, особенно для компании, у которой нет возможности купить целую кучу различного программного и аппаратного обеспечения, чтобы получить комплексное решение.

Что-нибудь напоследок?

В заключение я хотел бы сказать, что мы идем по пути с добавлением добавок.

Мы еще не совсем подошли:машин еще нет, понимания всего процесса еще нет. Но что замечательно, так это то, что мы являемся добираясь туда, постепенно.

В ANSYS мы работаем с клиентами и поставщиками и разрабатываем исследовательские инициативы для дальнейшего развития. Мы планируем и дальше развивать наши инструменты, чтобы делать их лучше. И мы надеемся достичь того момента, когда мы точно знаем, как проектировать и строить для аддитивного производства - и это станет таким же простым процессом, как обработка сегодня.

Чтобы узнать больше об ANSYS и его решениях для моделирования, посетите:https://www.ansys.com/