Эксперт Altair Рави Кунджу обсуждает передовое программное обеспечение для моделирования для 3D-печати

Достижение более простого и быстрого процесса подготовки проекта является постоянной задачей в индустрии 3D-печати. Проектирование для аддитивного производства — сложный процесс со своими уникальными проблемами и возможностями.

‍

‍ Поэтому требуются соответствующие инструменты, которые позволят инженерам в полной мере воспользоваться гибкостью конструкции AM. Altair — одна из таких компаний, разрабатывающих подобные решения. Altair – глобальная технологическая компания, предоставляющая программное обеспечение и облачные решения в области разработки продуктов, высокопроизводительных вычислений и анализа данных.

‍

В экспертном интервью на этой неделе мы поговорим с Рави Кунджу, старшим вице-президентом по развитию бизнеса и стратегии по моделированию дизайна в Altair. Вместе с Ravi мы узнаем больше о недавно выпущенном программном инструменте Altair Inspire Print3D, текущем состоянии программного обеспечения для моделирования 3D-печати, а также исследуем некоторые из интересных приложений AM, предоставляемых решениями Altair.

‍

Не могли бы вы рассказать нам немного об Альтаире и задачах, которые вы решаете?

Мы — глобальная технологическая компания, предоставляющая программное обеспечение и облачные решения в области проектирования и разработки продуктов, высокопроизводительных вычислений, а также анализа данных.

‍

Наше видение и то, чем мы занимаемся на протяжении более 30 лет работы в бизнесе, заключается в преобразовании процесса принятия продуктов и бизнес-решений с помощью нашей технологии моделирования, наших решений для анализа данных, а также наших лучших в отрасли решений по оптимизации дизайна.

‍

Я отвечаю за продукты для проектирования на основе моделирования для Altair.

‍

Недавно вы запустили программное обеспечение Altair Inspire Print3D. Не могли бы вы рассказать о различных программных решениях, которые вы предоставляете?

Altair Inspire Print3D — лишь одно из многих решений, которые мы предлагаем. Altair уже много лет является лидером в области оптимизации. У нас есть клиенты, использующие нашу технологию оптимизации для создания своих проектов для всех видов производственных методов - будь то формовка листового металла, литье, экструзия или литье под давлением. Они также используют нашу технологию, чтобы лучше понять требования к производительности и создавать генеративные проекты специально для производственного процесса. В этом контексте важно понимать два конца спектра. Первое — это то, что движет дизайном, а другое — то, что происходит, когда у вас есть дизайн, который вы хотите изготовить. Эти элементы объединены на нашей платформе. Одна из вещей, которые мы сделали с нашей платформой Inspire, — это выдвинули процесс проектирования на основе моделирования на передний план и упростили для дизайнеров понимание и управление проектами, при этом они полностью осведомлены о производственном процессе. Поскольку неразумно отделять производственный процесс от требований к проектированию, мы объединили их все в одной среде на нашей платформе.

‍

Итак, Inspire Print3D ориентирован на две вещи. Во-первых, платформа Inspire позволяет нашим пользователям создавать проекты специально для любого процесса AM; использование определенных производственных правил (ограничений), которые приводят дизайн в соответствие с производственным процессом. Во-вторых, нужно взять все требования к производительности, объединить их и использовать передовые численные методы для автоматического создания проекта либо для селективного лазерного плавления (SLM), либо для наплавления (FDM), либо для струйной резки связующего (MJF), либо для аддитивного производства проволочной дуги (WAAM).

‍

Таким образом, модуль Print 3D позволяет вам не только создавать дизайн, но и помогает виртуально проверять эффективность созданного вами нового дизайна.

‍

Моделирование с помощью программного обеспечения Altair Inspire Print3D [Изображение предоставлено Altair]

‍

Первая версия Print3D позволяет пользователю моделировать процесс выборочного лазерного плавления. В эту среду встроено усовершенствованное термомеханическое моделирование для оценки любых производственных проблем, которые могут возникнуть во время 3D-печати, таких как искажения, высокие напряжения и связанные с ними разрывы. Дизайнеры могут создать дизайн, добавить в него опорные конструкции и устранить любые проблемы в одной среде перед отправкой в ​​печать. Самое большое преимущество, которое мы видим, заключается в том, что сегодня, если вы посмотрите на то, что клиенты делают в AM, у них обычно неоптимальный подход к созданию оптимального дизайна. Кроме того, как только они придумают дизайн, они попытаются создать опорные конструкции, чтобы гарантировать, что смогут напечатать деталь, а позже обнаружат, что у них есть проблемы. Для всех этих шагов существуют отдельные программные решения.

‍

Altair устраняет все это, позволяя пользователям проектировать и оценивать детали в единой среде. Хорошо известно, что сегодня около 45 процентов затрат, связанных с металлическими АД, приходится на удаление опор. Эффективное использование наших правил проектирования (ограничений) позволяет конечным пользователям создавать проекты с минимальной или нулевой поддержкой. Мы также позволяем пользователям создавать опорную конструкцию и понимать ее эффективность посредством термомеханического моделирования; при этом мы можем смоделировать сборку, охлаждение, снятие опоры и спрогнозировать последующее пружинение и связанное с ним искажение, а также избежать сбоев в дальнейшем. Именно это и делает Inspire Print3D:он позволяет конечным пользователям придумывать, оценивать и проверять ваш дизайн в одной среде. Таким образом, Altair Inspire помогает нашим конечным пользователям создавать легкие и высокопроизводительные конструкции, одновременно повышая производительность.

‍

Как бы вы описали текущее состояние программного обеспечения для проектирования, моделирования и оптимизации топологии для AM?

Компания Altair уже несколько лет является лидером в области оптимизации топологии и генеративного проектирования не только для аддитивных процессов, но и для всех производственных процессов. Более 5000 клиентов ежедневно используют нашу продукцию для создания оптимальных дизайнов. Но не все инструменты генеративного дизайна одинаковы. У нас есть лучшие численные методы для решения ключевых задач, и мы единственные, кто берет различные критерии производительности, варианты нагрузки и комбинирует их с производственными ограничениями, чтобы создавать конструкции, очень специфичные для данного процесса проектирования. Чтобы разработать проект, необходимо хорошо понимать две вещи:требования к производительности и производственный процесс. Например, если вы занимаетесь литьем металла и не хотите иметь какие-либо стержни, которые являются дорогостоящими и дорогостоящими, или если вы хотите создать форму без подрезов для эффективного удаления шаблонов из полости матрицы; Правильные производственные ограничения должны сочетаться с производительностью производства для создания облегченной конструкции. Существует множество инструментов, которые могут создать органичный дизайн, и люди склонны думать, что это все, что нужно. Но на самом деле это только начало, потому что вы хотите убедиться, что понимаете производственные процессы и то, какой должна быть оптимальная конструкция для данного процесса. Просто создать оптимальную форму недостаточно, если вы не понимаете производственные требования. В области генеративного проектирования вы можете использовать множество численных подходов; например, вы можете изменить некоторые переменные проекта и сгенерировать тысячи проектов, а затем сказать:«Я собираюсь варьировать все эти разные формы и размеры, и это даст мне тысячу проектов, оцените каждый из них и затем определите лучший». Это может быть неоптимально, отнимает много времени и дорого для оптимизации на уровне определенных компонентов. Возможно, вы не получите хорошего решения. Что касается моделирования, сегодня AM преимущественно ограничивается прототипированием. Но компания Altair стремилась помочь нашим клиентам трансформировать процесс, чтобы производить больше, чем просто одноразовые детали. Можем ли мы изучить другие методологии, такие как струйная очистка связующего? Можем ли мы изучить гибридное литье, при котором вы печатаете на песке, а затем заливаете отливки в песчаную форму? Можем ли мы изучить некоторые из этих вариантов, чтобы превратить ваши возможности в мощности?

‍

Это было нашим стремлением глубоко понять уникальные производственные требования. Сегодня мы являемся лидерами по созданию высокопроизводительных легких деталей, а также оснастки и сборки, используя новейшие разработки методов производства.

‍

Можете ли вы рассказать о некоторых приложениях, которые были достигнуты, в частности, благодаря вашему программному обеспечению для проектирования?

Первыми, кто внедрил эту технологию, были спутниковые и аэрокосмические компании, поскольку у них не было больших объемов производства, но им требовались высокооптимизированные и легкие конструкции. Мы разработали кронштейн для телескопа и другие кронштейны с EOS для EADS, где используются сложные нагрузки.

‍

Мы также работаем с автомобильными компаниями, в том числе с такими, как BMW, Ford, GM и множеством других компаний по всему миру, которые изучают аддитивное производство как жизнеспособный вариант прототипирования. Если разобрать, мы увидим не только прямую 3D-печать, но и изобилие гибридного производства, где традиционное производство сочетается с аддитивным. Я имею в виду, например, 3D-печать стержней и форм для литья из песка.

‍

Второе направление – формы для литья пластмасс под давлением. Важно, чтобы пресс-форма, образующая полость, не отделялась во время цикла повышения давления, вызывая вспышку, которую необходимо удалить. Вся форма может быть структурно оптимизирована с использованием генеративного проектирования для сохранения целостности под нагрузками. Помимо структурной оптимизации, мы также можем оптимизировать отвод тепла с помощью конформных линий охлаждения, охватывающих регионы, требующие быстрого охлаждения. Такие органические структуры идеально подходят для 3D-печати. На этих примерах мы работаем с PROTIQ, где вы можете увеличить время цикла почти с 9 секунд до 3 секунд. Итак, если вы производите миллион деталей в день, вы можете производить 3 миллиона деталей в день. Это означает, что вы можете увеличить свою производительность втрое, оптимизировав форму для процесса литья под давлением.

‍

Мы также сотрудничаем с индустрией робототехники, которая имеет множество применений, в которых оптимизация конструкции и 3D-печать используются для роботизированных захватов на концах рычагов. Захваты имеют тенденцию очень быстро изнашиваться, поэтому их необходимо немедленно заменять, чтобы предотвратить сбои в работе сборочной линии. Для чрезвычайно больших структур мы недавно  сотрудничали с MX3D в создании роботизированной руки, напечатанной на 3D-принтере. MX3D – компания, занимающаяся 3D-печатью, которая использует запатентованную технологию проволочной дуги для производства крупных металлических конструкций.

‍

RobotArm MX3D оптимизирован с помощью программного обеспечения Altair [Изображение предоставлено Altair]

‍

Наше программное обеспечение MX3D позволяет оптимизировать конструкцию роботизированной руки и снизить более чем половину исходного веса с учетом ограничений печати. В этом проекте наши инженеры использовали генеративную настройку дизайна, чтобы найти наиболее эффективную форму для напечатанной на 3D-принтере руки робота. Существует также множество оборонных приложений, которые могут извлечь выгоду из 3D-печати. Например, если сломалась деталь боевой машины, вы хотите иметь возможность распечатать эту деталь на месте, сразу, не дожидаясь прибытия запасной детали. Это особенно актуально для устаревших деталей, чертежей которых у вас может не быть. Наши решения используются и в сфере медицинской 3D-печати. Например, компания Andiamo, производящая ортопедические изделия, использует 3D-печать для создания более подходящих ортопедических устройств. Традиционный способ изготовления ортеза — обертывание конечности туловища гипсом, который затем отрезают и отправляют на ручное изготовление. Процесс Andiamo устраняет необходимость в гипсовых слепках:вместо этого он начинается с цифрового 3D-сканирования тела, создавая высокоточную модель, на основе которой можно приступить к проектированию. Этот процесс также включает в себя многочисленные симуляции, чтобы гарантировать идеальную посадку для ребенка. Мы также наблюдаем растущий интерес к процессам 3D-печати, таким как струйная технология связующего. Мы работаем с некоторыми нашими партнерами в этой области, такими как Desktop Metal и ExOne. Мы представили технологии струйной обработки связующего на выставке Formnext, где подробно рассмотрели весь процесс создания кронштейна для велосипеда с использованием FDM, SLM, гибридного литья и процесса струйной струйной обработки связующего.

‍

Глядя на отрасль в целом, какие вы видите ключевые события в 2020 году?

Индустрия развивается очень быстро. Всякий раз, когда я посещаю мероприятия AM, становится ясно, что количество производителей принтеров и поставщиков материалов увеличивается почти вдвое из года в год. Поскольку конкуренция растет, я очень уверен, что затраты будут снижаться, что сейчас является большим сдерживающим фактором для аддитивного производства. Растущее число игроков, вероятно, поможет конечному потребителю.

‍

Посмотрите, например, на стоматологическую отрасль. Это один из самых зрелых способов, потому что, если потребитель хочет установить новую коронку, его стоматолог просто делает снимок зуба и отправляет его на печать через 2-3 дня. Этот цикл должен быть достигнут и в других отраслях. И именно к этому все будут стремиться в 2020 году.

‍

Есть ли какие-либо проблемы, которые, по вашему мнению, еще необходимо преодолеть, чтобы ускорить внедрение 3D-печати?

Существует ряд задач, которые переплетаются друг с другом. Номер один — стоимость. Стоимость, очевидно, связана с размером детали и объемом производства, которые определяют, какой метод производства следует использовать. Даже в области добавок вы можете использовать, например, селективное лазерное плавление или струйную обработку металлического связующего. Второй аспект – сертификация. Как мы можем сертифицировать деталь в зависимости от того, является ли она несущей деталью или деталью, важной для безопасности? И какова степень повторяемости? Сегодня проблема заключается в том, что мы не можем контролировать затраты и имеем низкую повторяемость. Если деталь печатается на определенном принтере, можно ли добиться тех же характеристик, если эта деталь печатается на другом принтере и в другом месте? Какова вероятность того, что детали будут вести себя одинаково? В результате возникает проблема точного моделирования физики, происходящей на микроуровне. В связи с этим возникает вопрос, могут ли пользователи быть уверены в том, что окончательную часть можно будет последовательно распечатать на разных платформах и в разных местах. Необходимо проделать очень много работы с точки зрения установления общеотраслевых стандартов и квалификации материалов. Поставщики материалов, производители принтеров, поставщики программного обеспечения — все должны объединиться, чтобы установить определенные стандарты с точки зрения приемлемых допусков для легконагруженных или тяжелонагруженных деталей, критически важных для безопасности; с точки зрения соблюдения внутренней пористости и/или качества внешней поверхности. Если вы посмотрите на историю, будь то литье, ковка или листовой металл, на протяжении многих лет со всеми ними была связана ассоциация, например, Американское литейное общество. Существует множество организаций, которые призваны объединять всех и создавать стандарты. Сегодня рынок AM бурно развивается во всех областях, но в конечном итоге всем необходимо объединиться, чтобы коллективно создать стандарты и гарантировать, что все игроки отрасли находятся на одной волне.

‍

Наконец, что ждет Альтаир в предстоящем году?

Мы продолжим разрабатывать новые решения для моделирования для наших пользователей. Что касается процессов аддитивного производства, мы продолжим разрабатывать решения, которые помогут пользователям технологий проверить процесс и понять связанные с ним неопределенности. В конечном счете, мы сосредоточены на трех основных принципах:понимание производительности, создание дизайна путем объединения двух вещей; Производительность и сам производственный процесс. Все они должны идти рука об руку, и мы продолжим выполнять свою миссию — помогать нашим клиентам как можно точнее проверять производительность и производственный процесс для реализации проектов. Мы продолжим сочетать физику с высокопроизводительными вычислениями и данными. Нам нужно собрать их все вместе, потому что некоторые проблемы можно решить, понимая физику, а некоторые — с помощью машинного обучения. Мы будем стремиться объединить все разрабатываемые нами технологии, чтобы сделать работу наших клиентов более эффективной и прибыльной, с конечной целью – помочь им принимать более эффективные решения и создавать более эффективные продукты.