Эксперт Altair Рави Кунджу обсуждает передовое симуляционное ПО для 3D-печати

Достижение более простого и быстрого воркфлоу подготовки дизайна — постоянный квест в индустрии 3D-печати. Дизайн для аддитивного производства — сложный процесс с уникальными вызовами и возможностями.

Поэтому нужны релевантные инструменты, позволяющие инженерам полностью использовать гибкость дизайна AM. Altair — одна из таких компаний, разрабатывающих эти решения. Altair — глобальная технологическая компания, предоставляющая ПО и облачные решения в разработке продуктов, высокопроизводительных вычислений и аналитике данных.

В экспертном интервью этой недели говорим с Рави Кунджу, старшим вице-президентом по бизнес-развитию и стратегии, симуляционно-ориентированному дизайну, в Altair. С Рави узнаем о недавно запущенном инструменте Altair Inspire Print3D, текущем состоянии симуляционного ПО для 3D-печати и исследуем захватывающие AM-приложения, posibilitate Altair-решениями.

Расскажите об Altair и вызовах, которые решаете?

Мы — глобальная технологическая компания, предоставляющая ПО и облачные решения в дизайне продуктов, разработке продуктов, высокопроизводительных вычислениях и аналитике данных.

Наша визия и то, что делали 30+ лет в бизнесе — трансформировать принятие решений по продуктам и бизнесу через нашу симуляционную технологию, решения аналитики данных и ведущие в индустрии решения по оптимизации дизайна.

Я отвечаю за симуляционно-ориентированные продукты дизайна для Altair.

Недавно запустили Altair Inspire Print3D. Можете объяснить разные программные решения, которые предоставляете?

Altair Inspire Print3D — лишь одно из множества решений. Altair много лет лидер в оптимизации. Клиенты используют нашу технологию оптимизации для создания дизайнов для всех методов производства — листовой металл, литьё, экструзия, литьё под давлением. Также используют для лучшего понимания требований производительности и создания генеративных дизайнов специально для производственного процесса. В этом контексте важно понимать два полюса: то, что драйвит дизайн, и то, что происходит, когда есть дизайн, который хочешь произвести. Эти элементы сходятся на нашей платформе. Одно из сделанного с платформой Inspire — вынесли симуляционно-ориентированный дизайн-процесс на передний план, сделали очень простым для дизайнеров понимание и драйвинг дизайнов, будучи полностью осведомлёнными о производственном процессе. Поскольку неразумно разделять производственный процесс от дизайн-требований, положили всё в одну среду через платформу.

Inspire Print3D фокусируется на двух вещах. Первое — под платформой Inspire позволяет пользователям генерировать дизайны специально для любого AM-процесса; используя специфические производственные правила (ограничения), драйвящие дизайн к производственному процессу. Второе — взять все требования производительности, объединить их и использовать продвинутые численные методы для автоматической генерации дизайна для селективного лазерного плавления (SLM), наплавления (FDM), струйной печати (MJF) или дуговой аддитивной печати проволокой (WAAM).

Модуль Print3D позволяет не только генерировать дизайн, но и помогает виртуально валидировать производительность нового созданного дизайна.

Симуляция программным обеспечением Altair Inspire Print3D [Источник изображения: Altair]

Первый релиз Print3D позволяет симулировать процесс селективного лазерного плавления. Продвинутая термо-механическая симуляция встроена в эту среду для оценки производственных проблем, возникающих при 3D-печати — деформации, высокие напряжения и разрывы, связанные с ними. Дизайнеры могут генерировать дизайн, добавлять поддерживающие структуры, исправлять проблемы — всё в одной среде до печати. Крупнейшая выгода: сегодня клиенты в AM обычно имеют субаптимальный подход к созданию оптимального дизайна. Имея дизайн, пытаются добавить поддерживающие структуры для печати, а позже обнаруживают проблемы. Для всех этих шагов — отдельные программные решения.

Altair устраняет это, позволяя пользователям проектировать и оценивать деталь в одной среде. Известно, что ~45% стоимости металлического AM сегодня атрибутируются удалению поддерживающих структур. Эффективное использование наших дизайн-правил (ограничений) позволяет создавать дизайны с минимальными или нулевыми поддержками. Также позволяем создавать поддерживающие структуры, понимать их эффективность через термо-механическую симуляцию — симулируем сборку, охлаждение, удаление поддержок, предсказываем последующий пружинистый возврат и ассоциированную деформацию, избегая последующих отказов. Это и делает Inspire Print3D: позволяет идеатировать, оценивать и валидировать дизайн в одной среде. Altair Inspire помогает создавать лёгкие и высокопроизводительные дизайны, одновременно повышая продуктивность.

Как опишете текущее состояние дизайна, симуляции и топологической оптимизации ПО для AM?

Altair лидер в топологической оптимизации и генеративном дизайне уже годы — не только для аддитивного, но для всех производственных процессов. 5000+ клиентов используют продукты ежедневно для создания оптимальных дизайнов. Но не все генеративные инструменты одинаковы. У нас лучшие численные методы для решения ключевых проблем, и мы единственные, кто берёт разные критерии производительности, нагрузочные кейсы вместе и комбинирует с производственными ограничениями, создавая дизайны, очень специфичные для процесса. Для драйвинга и генерации дизайна нужно хорошо понимать две вещи: требования производительности и производственный процесс. Пример: металлическое литьё, не хочешь сердечники — жертвенные и дорогие, или форму без подрезов для эффективного удаления моделей из матрицы; правильные производственные ограничения должны комбинироваться с производительностью для генерации лёгкого дизайна. Много инструментов, генерирующих органический дизайн, люди думают — это всё. Но на самом деле это только начало, потому что хочешь убедиться, что понимаешь производственные процессы и какой оптимальный дизайн для данного процесса. Просто генерация оптимальной формы недостаточна, если не понимаешь производственные требования. В генеративном дизайне много численных подходов — можно пертурбировать дизайн-переменные, генерировать тысячи дизайнов, оценивать каждый, выбирать лучший. Это может быть субаптимально, затратно по времени и деньгам для компонентной оптимизации. Можно не получить хорошее решение. По симуляции — AM преимущественно ограничивался прототипированием. Но Altair на квесте помочь клиентам трансформировать процесс для более чем одноразовых деталей. Можем исследовать другие методологии вроде струйной печати? Гибридного литья — песок 3D-печать, потом литьё в песчаный формовочный? Исследовать опции для конвертации способности в мощность?

Это наш квест — глубоко понимать уникальные производственные требования. Сегодня мы лидеры по созданию высокопроизводительных лёгких деталей, оснастки и сборок, используя новейшие методы дизайна для производства.

Можете говорить о некоторых приложениях, достигнутых частично благодаря вашему дизайн-ПО?

Ранние приёмники — спутниковые и аэрокосмические компании, потому что не было больших объёмов, но нужны высокооптимизированные лёгкие дизайны. Проектировали телескопную кронштейн и другие кронштейны с EOS для EADS, где играли сложные нагрузки.

Работаем с автопромом — BMW, Ford, GM и множество других по миру, исследующих AM как жизнеспособный вариант для прототипирования. Если срезать — видим не только прямую 3D-печать, но изобилие гибридного производства, где традиционное комбинируется с аддитивным. Например, 3D-печать песка для сердечников и форм литья.

Вторая область — формы для литья пластика под давлением. Важно, чтобы сборка формы, образующая полость, не разъединялась в цикле под давлением, индуцируя забарь, требующий удаления. Вся форма может быть структурно оптимизирована генеративным дизайном для сохранения целостности под нагрузками. Помимо структурной оптимизации, можем оптимизировать отвод тепла конформными охлаждающими каналами, оборачивающими зоны, требующие быстрого охлаждения. Такие органические структуры идеальны для 3D-печати. Работаем с PROTIQ на этих примерах — можно снизить время цикла с 9 до 3 секунд. Если делаете миллион деталей в день — теперь 3 млн в день. Утроение продуктивности, оптимизация формы для литья под давлением.

Работаем с робототехникой — множество применений, где дизайн-оптимизация и 3D-печать для роботизированных захватов конца руки. Захваты быстро изнашиваются, нужна немедленная замена для предотвращения сбоев сборочной линии. Для экстремально больших структур — недавняя коллаборация с MX3D на 3D-печатном роботизированном манипуляторе. MX3D — 3D-печатная компания, использующая проприетарную дуговую проволочную технологию для больших металлических структур.

Роботизированная рука MX3D, оптимизированная с помощью ПО Altair [Источник: Altair]

Наш софт позволил MX3D оптимизировать дизайн роботизированной руки, сократив более половины исходного веса с учётом печатающих ограничений. Для проекта инженеры использовали кастомизацию генеративного дизайна для наиболее эффективной формы 3D-печатной роботизированной руки. Есть также многие оборонные приложения, выигрывающие от 3D-печати. Пример: если часть боевой машины ломается, хочешь печатать локально, сразу, не ждя замены. Особенно для легаси-деталей, у которых может не быть чертежей. Наши решения используются в мед 3D-печати. Пример: Andiamo, ортопедическая компания, использует 3D-печать для лучше подходящих ортопедических изделий. Традиционный способ — обмотка конечности/торса гипсом, срезка, отправка на ручное изготовление. Процесс Andiamo устраняет гипс — старт с цифрового 3D-скана тела, создание высокоточной модели для дизайна. Процесс включает многочисленные симуляции для гарантии идеального подгонки для ребёнка. Видим растущий интерес к процессам вроде струйной печати. Работаем с партнёрами — Desktop Metal и ExOne. Представляли приложения струйной печати на Formnext — прошли весь процесс создания велосипедного кронштейна FDM, SLM, Hybrid-Casting и струйной печати.

Смотря на индустрию шире, какие ключевые разработки видите на 2020 год?

Индустрия движется очень быстро. Когда иду на AM-мероприятия — ясно: число производителей принтеров и поставщиков материалов почти удваивается год за годом. С растущей конкуренцией — очень позитивно, что стоимость снизится, что большой сдерживающий фактор на стороне аддитивного производства. Растущее число игроков, вероятно, поможет конечному потребителю.

Посмотрите на стоматологию — одна из самых зрелых, потому что если потребителю нужна новая коронка, стоматолог просто сканирует зуб и отправляет скан на печать за 2–3 дня. Этот цикл нужен в других отраслях. И к этому все будут стремиться в 2020.

Есть ли вызовы, которые всё ещё нужно преодолеть для ускорения внедрения 3D-печати?

Есть несколько переплетённых вызовов. Номер один — стоимость. Стоимость связана с размером детали и объёмом производства — определяют тип производственного метода. Даже внутри аддитивного — хочешь селективное лазерное плавление или металлическую струйную печать. Второй аспект — сертификация. Как сертифицировать деталь в зависимости от нагрузочной или безопасностно-критичной? Какой уровень повторяемости? Сегодня — не можем контролировать стоимость и имеем низкую повторяемость. Если деталь напечатана на конкретном принтере, можно ли достичь тех же спеков на другом принтере и в другом месте? Каковы шансы, что детали поведут себя одинаково? Это вызывает вызов точного моделирования физики на микроуровне. Поднимает вопрос — могут ли пользователи быть уверены, что финальная деталь печатается консистентно на разных платформах и локациях. Огромная работа по установлению отраслевых стандартов и квалификации материалов. Поставщики материалов, производители принтеров, провайдеры ПО — все должны прийти вместе для установления стандартов: допуски для слабо/сильно нагруженных безопасностно-критичных деталей; внутренняя пористость/внешнее качество поверхности. Исторически — литьё, ковка, листовое металло — за годами все имели ассоциации, вроде American Foundry Society. Много организаций, посвящённых сведению всех вместе и созданию стандартов. Сегодня AM-рынок взрывается во всех областях, но в конечном итоге всё должно сойтись для коллективного создания стандартов и обеспечения, что каждый игрок на одной странице.

Наконец, что грядущий год готовит для Altair?

Будем продолжать развивать больше симуляционных решений для пользователей. По аддитивным процессам — продолжать развивать решения, помогающие пользователям технологий валидировать процесс и понимать неопределённости. В конечном счёте фокус на трёх столпах: понимание производительности, создание дизайна комбинированием двух вещей — производительности и производственного процесса. Они должны идти рука об руку, продолжим миссию помогать клиентам валидировать производительность и производственный процесс максимально точно для драйвинга дизайнов. Будем комбинировать физику с высокопроизводительными вычислениями и данными. Нужно объединить всё, потому что некоторые проблемы решаются пониманием физики, некоторые — машинным обучением. Будем стремиться комбинировать все развиваемые технологии для большей эффективности и прибыльности клиентов, с конечной целью — помогать им принимать лучшие решения и делать лучше работающие продукты.