5 захватывающих тенденций в программном обеспечении для 3D-печати

Программное обеспечение долгое время было узким местом в эволюции 3D-печати. Отрасль уделяет больше внимания развитию оборудования и материалов, в то время как инновации в области программного обеспечения отстают.

Однако существующий пробел закрывается, поскольку все больше компаний сейчас разрабатывают программное обеспечение следующего поколения, которое продвинет AM вперед к индустриализации.

Ниже мы рассмотрим некоторые из ключевых событий и тенденций, формирующих рынок программного обеспечения для 3D-печати.

1. Стремление к совместимости программного обеспечения

Индустрия аддитивного производства движется к более простому и быстрому процессу подготовки проекта. Ключом к достижению этого будет внедрение большей интеграции программного обеспечения.

В типичном процессе проектирования инженер создает твердотельную модель в системе автоматизированного проектирования (САПР). Затем ему нужно будет преобразовать ее в триангулированную модель, чтобы выполнить проверку пригодности для печати, сориентировать деталь на сборочном лотке, оптимизировать конструкцию для уменьшения веса, добавить опоры и выполнить анализ моделирования. Для многих из этих шагов дизайнеры и инженеры будут использовать разные программы и несколько форматов файлов.

Этот обширный набор инструментов подготовки дизайна, необходимых для подготовки модели к печати, добавляет уровень сложности рабочему процессу AM. Преобразование и передача проектных данных в различные среды проектирования часто может привести к дорогостоящим ошибкам и задержкам. И это даже не говоря о значительных лицензионных сборах, которые компании будут платить за использование нескольких программных пакетов.

Одним из способов решения этой проблемы является обеспечение большей функциональной совместимости программного обеспечения.

В контексте процесса проектирования AM совместимость может помочь сократить количество инструментов, шагов и усилий, необходимых для разработки модели для печати. Один из способов добиться этого - разрешить различным программным инструментам обмениваться проектными данными и использовать их без громоздких преобразований данных.

Сегодня мы видим, что все больше функций, которые традиционно присутствуют в программном обеспечении AM, переходят на программное обеспечение САПР, разработанное более крупными компаниями-разработчиками программного обеспечения. Интеграция функции проектирования AM в популярные САПР может быть достигнута несколькими способами, включая интеграцию программного обеспечения, приобретения или развитие возможностей внутри компании.

Один из самых ярких примеров - приобретение компанией программного обеспечения AM, Netfabb, компанией Autodesk в 2015 году. Этот шаг позволил Autodesk подключить Netfabb к своему инструменту проектирования и разработки Fusion 360, создав гораздо более простую среду проектирования 3D-печати для своих пользователей.

В более свежем примере Hexagon AB, глобальная технологическая компания из Швеции, приобрела AMendate, немецкий поставщик программного обеспечения для оптимизации топологии для AM. AMendate будет добавлен в подразделение MSC Software компании Hexagon, которое предоставляет программное обеспечение и услуги для моделирования компьютерной инженерии (CAE).

Другие компании, такие как Altair, Dassault Systems и PTC, также развивают возможности проектирования AM в рамках своих решений САПР.

Тенденция интеграции и оптимизации этапов процесса разработки AM будет и дальше набирать обороты, хотя это изменение не произойдет в одночасье. Тем не менее, достижение этой вехи устранит препятствия для более быстрых итераций проектирования, что в конечном итоге позволит пользователям 3D-печати упростить сложные задачи моделирования.

2. Переходит на замену STL?

Создание совместимого рабочего процесса было бы почти невозможно без пересмотра использования STL, наиболее распространенного формата файлов для 3D-печати.

Формат файла STL был изобретен в середине 1980-х годов, чтобы позволить программному обеспечению САПР передавать файлы для печати 3D-объектов. Используя STL, проект в САПР экспортируется как файл STL, который описывает трехмерный объект как серию связанных треугольников (многоугольников).

Несмотря на множество достижений, происходящих в отрасли, формат STL остается практически неизменным на протяжении более 30 лет. По мере того как индустрия 3D-печати продолжает развиваться и развиваться, ограничения формата STL становятся более очевидными, особенно при использовании 3D-печати для проектирования сложных производственных деталей.

Вот лишь некоторые из проблем, связанных с использованием файлов STL:

~ Точное определение сложных или больших геометрических форм и структур может быть трудным и требует создания файлов, которые могут стать непрактично большими (например, несколько гигабайт). Отправка этих файлов на 3D-принтер занимает много времени, а в некоторых случаях они могут быть настолько большими, что 3D-принтер не сможет принять весь файл.

~ В формате не указывается информация о цвете, текстуре или материале.

~ Формат STL не может включать в себя какие-либо другие данные, помимо дизайна, включая информацию, касающуюся авторских прав и безопасности файлов.

~ Изменить файл сложно. Формат файла не позволяет различать незначительные и серьезные изменения, поэтому любое изменение означает, что весь рабочий процесс должен начинаться заново, что может добавить часы к процессу разработки.

Одна из тенденций, которая складывалась в последние несколько лет, - это разработка решений, устраняющих необходимость в файлах STL. Один из них - разработка более эффективных форматов файлов.

Например, консорциум 3MF, первоначально сформированный в 2015 году, нацелен на создание новой универсальной 3D-модели с открытым исходным кодом. Формат файла, называемый 3MF, свободен от проблем, присущих STL.

За последние два года в 3MF был внесен ряд обновлений, включая четыре расширения для материалов и свойств, производства, балочной решетки и среза. Далее в списке идут объемные и лазерные удлинители траектории инструмента, которые в настоящее время находятся в разработке.

Кроме того, 3MF содержит несколько встроенных функций, недоступных в STL, таких как данные сложной формы с небольшими размерами файлов, одна или несколько текстур и данные нескольких цветов.

Несмотря на очевидные преимущества, формат файлов 3MF довольно медленно внедряется в отрасли. Как ни странно, индустрия AM, которая так тесно связана с инновациями, привыкла работать с STL и не хочет переключаться на более эффективные форматы.

Хотя ожидается, что STL не исчезнет в ближайшее время, пользователям AM в конечном итоге придется пересмотреть свой подход к подготовке дизайна для 3D-печати. Использование новых форматов файлов может быть одним из средств поддержки современных потребностей в подготовке дизайна.

3. Новый взгляд на программное обеспечение для рабочих процессов

Программное обеспечение для управления рабочим процессом переживает стремительный рост на рынке программного обеспечения для 3D-печати. Одним из основных факторов этого роста является необходимость большей автоматизации и масштабируемости производственного процесса AM.

График из недавнего отчета IDtechEx показывает, что в следующем десятилетие, обещающее светлое будущее сектору.

По мере того как компании начинают интегрировать AM в свою деятельность, они сталкиваются с неэффективными ручными методами работы. Например, многим операторам AM и техническим специалистам по-прежнему приходится вручную управлять заказами, проверять статус сборки и тратить много времени на идентификацию деталей после их печати. Это создает множество операционных узких мест, которые затрудняют масштабирование и эффективное управление производством AM.

Для преодоления неэффективности рабочих процессов было сделано много усовершенствований, при этом программное обеспечение для автоматизации рабочих процессов является одним из ключевых решений.

По сути, программные платформы рабочего процесса, такие как AMFG, помогают создать экосистему, которая связывает различные этапы рабочего процесса AM, такие как управление заказами, планирование производства, мониторинг состояния сборки и проверки постобработки. Наша цель - сделать процесс планирования и контроля производства оптимизированным и оцифрованным.

В результате компании, будь то сервисные бюро или внутренние магазины AM, могут иметь инструмент, который позволяет им управлять рабочим процессом AM от начала до конца, имея при этом возможность интегрировать AM в более широкую цифровую инфраструктуру.

4. Растущая роль программного обеспечения для моделирования AM

Программное обеспечение для моделирования будет играть все более важную роль по мере того, как 3D-печать превращается в производственную технологию. Моделирование обычно используется на этапе проектирования, чтобы в цифровом виде воспроизвести поведение материала в процессе печати с целью минимизации сбоев печати перед отправкой дизайна в печать.

Несмотря на свои обещания, моделирование процессов 3D-печати является сложной задачей из-за большого количества переменных, которые необходимо учитывать в процессе моделирования.

«Сегодня все программное обеспечение для моделирования имеет некоторый уровень допущений, ограничивающих точность, которую оно может обеспечить. Это, вероятно, самый большой недостаток прямо сейчас:они не могут быть такими точными, как вам хотелось бы », - сказал главный технолог ANSYS Дэйв Коновер в недавнем интервью AMFG.

Однако технология моделирования быстро развивается, и поставщики программного обеспечения продолжают совершенствовать свои предложения. Компания по разработке программного обеспечения, ANSYS, является одним из примеров. С начала 2019 года компания выпустила три основных обновления, которые содержат множество новых функций.

Одно из самых ярких обновлений - это ANSYS Additive Prep. Этот инструмент является частью пакетов программного обеспечения ANSYS Additive Suite и ANSYS Additive Print.

Среди его функций - способность создавать тепловые карты, которые помогают инженерам предсказать, как ориентация сборки AM влияет на опорные конструкции, время сборки, искажения и общую производительность печати.

В последней версии R3 ANSYS Additive Prep также был улучшен новым процессором сборки, который позволяет пользователям экспортировать файл сборки непосредственно на машину AM, тем самым избавляя от необходимости использовать файл STL.

Кроме того, MSC Software выпустила новое поколение своего решения Simufact для моделирования процессов 3D-печати металлом.

Обновление в значительной степени ориентировано на автоматизацию:оно может автоматически компенсировать деформацию конечной детали и оптимизировать опорные конструкции, одновременно выявляя перегретые или недостаточно нагретые зоны и прогнозируя такие проблемы, как трещины, линии усадки и контакт повторного покрытия, прежде чем они возникнут.

Текущие разработки в этой области показывают, что потребность в сложных решениях для моделирования для AM растет. Промышленность хочет знать, как изготавливать продукты с 3D-печатью с надежными и воспроизводимыми результатами, и именно здесь моделирование может сыграть ключевую роль.

Примечательно, что достижения в области моделирования AM идут рука об руку с другими тенденциями в области программного обеспечения для 3D-печати, включая повышенное внимание к взаимодействию, автоматизации и упрощению использования.

5. Программное обеспечение становится умнее

Объединение программного обеспечения для 3D-печати с искусственным интеллектом (ИИ) - следующая большая тенденция в отрасли. Эта комбинация может улучшить процессы проектирования, производства и рабочего процесса 3D-печати.

Что касается дизайна, сочетание ИИ с программным обеспечением для проектирования приводит к созданию инструментов генеративного проектирования, которые позволяют инженерам исследовать неожиданные варианты дизайна. Процесс включает определение проблемы проектирования путем ввода основных параметров, таких как высота, вес, который должна выдерживать деталь, прочность и варианты материалов. Используя искусственный интеллект и облачные вычисления, программное обеспечение для генеративного проектирования предлагает множество вариантов дизайна, которые соответствуют заданным параметрам.

Программное обеспечение для генеративного проектирования могло решать инженерные задачи с помощью проектных решений, которые человеческий разум никогда не смог бы придумать самостоятельно.

3D-печать - одна из ключевых технологий, способствующих прогрессу программного обеспечения для генеративного дизайна, поскольку зачастую это единственный способ воплотить в жизнь проекты, созданные искусственным интеллектом.

В дополнение к более интеллектуальному дизайну, программное обеспечение также развивается, чтобы сделать производство с помощью 3D-печати более воспроизводимым.

Например, Markforged недавно запустила программное обеспечение Blacksmith на базе искусственного интеллекта, которое позволяет его 3D-принтерам настраивать программирование и параметры для обеспечения оптимальных результатов печати. Алгоритмы машинного обучения, лежащие в основе Blacksmith, позволяют программному обеспечению учиться на предыдущих деталях, поэтому детали каждый раз становятся более точными и точными.

Для этого интеллектуальное программное обеспечение анализирует проект, сравнивает его с данными сканирования детали, полученными с контрольного оборудования, и динамически адаптирует сквозной процесс, чтобы в конечном итоге произвести детали, которые идеально соответствуют заданному файлу САПР.

Наконец, с появлением программного обеспечения на базе искусственного интеллекта рабочий процесс 3D-печати также становится умнее.

Рабочие процессы 3D-печати очень загружены данными, а это означает, что существует много информации о статусах заказов, данных о машинах и материалах, которые можно (и нужно) не только отслеживать и собирать, но также анализировать и принимать соответствующие меры. И здесь ИИ может помочь.

Возможности машинной аналитики позволяют программному обеспечению анализировать собранные данные и предлагать варианты улучшения производственных операций. В конечном итоге это позволит лучше понять, где находятся ключевые узкие места и как оптимизировать процесс, чтобы получить максимальную отдачу от AM.

Программное обеспечение:ключ к развитию 3D-печати

Среди трех ключевых столпов 3D-печати - оборудования, материалов и программного обеспечения - последнее было наименее развитым. Однако сейчас все меняется, поскольку компании понимают, что цифровые технологии, такие как 3D-печать, требуют цифровых решений для поддержки их роста и развития.

Ведущие поставщики программного обеспечения и стартапы сейчас стремятся разработать программные инструменты для продвижения AM. Много усилий прилагается для обеспечения воспроизводимости результатов печати с помощью программного обеспечения для моделирования. В то же время ведется активная работа по преодолению узких мест в рабочих процессах подготовки проекта и управления процессами.

Наконец, конвергенция между 3D-печатью и искусственным интеллектом формирует новые возможности для проектирования и производства 3D-печати.

Объединив все эти разработки, программное обеспечение действительно становится частью головоломки, которая превращает 3D-печать в одну из ключевых производственных технологий сегодняшнего и завтрашнего дня.