Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> 3d printen

Interview:Professor Ian Campbell van Loughborough University

Professor Ian Campbell is een professor aan de Loughborough University, die baanbrekend werk verricht op het gebied van ontwerp voor onderzoek naar additive manufacturing. Met een uitgebreide achtergrond in ontwerptechniek heeft professor Campbell meer dan veertig wetenschappelijke tijdschriftartikelen gepubliceerd, is hij redacteur van Rapid Prototyping Journal en is hij sinds 2014 Associate Consultant voor Wohlers Associates.

We waren verheugd om met professor Campbell om de tafel te zitten en te praten over het belang van design voor additive manufacturing, de rol van automatisering in AM en hoe massaaanpassing en hybride productie industrieën zouden kunnen transformeren.

V:Hoe raakte je voor het eerst betrokken bij AM?

Ik deed in 1993 een master aan de Warwick University toen ik voor het eerst kennis maakte met stereolithografie, maar pas toen ik later dat jaar naar Nottingham University verhuisde, kreeg ik toegang tot de stereolithografie-machine van de universiteit en begon ik onderzoek te doen voor mijn doctoraat , die zich richtte op de link tussen design en, zoals we dat toen noemden, rapid prototyping.

Mijn uitgangspunt was destijds dat rapid prototyping een productieproces zou worden - wat mensen in de jaren negentig niet echt konden bedenken. Maar dat deed ik, en ik dacht dat als rapid prototyping een productieproces zou worden, we zouden moeten leren hoe we ervoor moeten ontwerpen. En daar richtte mijn doctoraat zich op.

V:Ironisch genoeg is ontwerp voor additive manufacturing tegenwoordig een enorm gespreksonderwerp. Waar staan ​​we daarmee, en welke vooruitgang moet er worden geboekt?

Ik denk dat het op dit moment een beetje willekeurig is. Er is zeker expertise in bepaalde bedrijven, waarbij sommige ontwerpers de mogelijkheden van additive manufacturing echt begrijpen in termen van lichtgewicht, complexe interne structuren of het gebruik van topologie-optimalisatie enzovoort - en dit is vooral het geval bij lucht- en ruimtevaartbedrijven.

Maar dat gezegd hebbende, denk ik dat er over het algemeen een beetje een kennislacune is binnen onze ontwerpgemeenschap, met veel ontwerpers die misschien niet genoeg kennis hebben van additieve fabricage of die niet de kans hebben gekregen om na te denken over hoe het de manier waarop ze ontwerpen zou kunnen veranderen.

Dit kan veranderen met de nieuwe generatie ontwerpers die via de universiteit komt en nu die opleiding krijgt. Maar voor ontwerpers die al een tijdje aan het oefenen zijn, hebben ze waarschijnlijk niet nagedacht over de voordelen die het hen zou kunnen bieden, tenzij ze oog in oog kwamen te staan ​​met het gebruik van additive manufacturing als productieproces. Dus ik denk dat er zeker een kans is om dat vooruit te helpen, en dat is een van de dingen die we proberen te bereiken met het nieuwe masterprogramma dat we hebben gelanceerd.

V:Waar zie je design voor AM over vijf jaar?

Ten eerste denk ik dat meer mensen het potentieel ervan als productieproces zullen erkennen en daarom zullen moeten leren hoe ze ervoor moeten ontwerpen, vooral met de nieuwe generatie ontwerpers, van wie velen bewust zijn gemaakt van additive manufacturing.

Iets anders dat ik verwacht te gebeuren, is meer ontwerpautomatisering en de opkomst van meer gespecialiseerde tools om ontwerpers te helpen enkele van de slimme dingen te doen die nodig zijn om optimaal te profiteren van AM. Nu bestaan ​​sommige van deze tools al, zoals topologische optimalisatie bijvoorbeeld. En ik weet dat er andere software is die tot doel heeft om automatisch interne roosterstructuren te ontwikkelen, zodat niemand hoeft te zitten en die zelf in CAD te maken. Additive manufacturing kan ongelooflijke dingen doen als het gaat om het creëren van complexe geometrieën, maar om te verwachten dat één persoon of zelfs een team van mensen gaat zitten en dat soort geometrie creëert, zou een echt knelpunt creëren als het allemaal met conventionele gereedschappen zou worden gedaan.

Uiteindelijk denk ik dat er een groter aantal tools beschikbaar moet zijn om sommige van de processen die we zouden moeten volgen, te automatiseren.

V:Automatisering is momenteel een belangrijke trend in AM. Hoe ziet u de automatisering voor AM evolueren?

Op dit moment zijn er nogal wat processen die intensief gebruik maken van menselijke arbeid binnen AM. Automatisering kan op veel manieren helpen - het kan zo simpel zijn als beslissen waar onderdelen op het bouwplatform terechtkomen met behulp van automatiseringssoftware, of het automatisch berekenen van de bouwtijd. We kunnen zelfs de simulatie automatiseren van de oppervlakteafwerking die wordt gemaakt, afhankelijk van de oriëntatie die u gebruikt.

Ik kan me ook voorstellen dat ik automatisering zou gebruiken om de juiste parameters te kiezen om de machine te laten draaien, in plaats van een trial-and-error te doen met verschillende parameters. In dit opzicht zullen er meer feedbackloops zijn binnen de additive manufacturing-systemen die ons zullen helpen de kwaliteit ook tijdens de bouw te verbeteren.

En wat het ontwerp betreft, heb ik onlangs een aantal interessante software gezien waarmee u de harde punten van het ontwerp (de punten waar uw component andere componenten moet raken) in uw CAD-systeem kunt invoeren, naast de krachten die zullen worden uitgeoefend op uw component, zodat de geometrie automatisch groeit. Dus het is niet zoals topologische optimalisatie die materiaal wegneemt - hoewel dat op zich best interessant is - dit houdt in feite in dat het onderdeel wordt vergroot met behulp van geautomatiseerde software.

Over het algemeen geloof ik dat er veel ruimte is voor verdere automatisering door de hele waardeketen, vanaf het moment dat we een idee hebben van hoe ons product eruit gaat zien tot het moment waarop de afgewerkte onderdelen van de machine worden gehaald.

V:Je leidt momenteel een onderzoeksproject over maatwerk voor de auto-industrie. Kun je me meer vertellen?

Het doel van het project is om met onze partners in Roemenië samen te werken om een ​​aantal onderzoeksgebieden te identificeren, waaronder het ontwerp en het gebruik van op maat gemaakte onderdelen voor gebruik door een aantal leveranciers van auto-onderdelen.

We hebben een aantal pilotstudies uitgevoerd waarin we denken dat ontwerp en maatwerk de auto-industrie kunnen helpen, of het nu gaat om de meer functionele onderdelen, zoals het aanpassen van de ophanging aan verschillende rijstijlen, of aan de meer esthetische kant, waar je dingen aanpast. zoals de hendel op uw versnellingspook, de vorm van uw stuur of zelfs enkele van de bedieningsaspecten die op uw dashboard worden gebruikt. Dat zijn slechts enkele van de gebieden waar we naar kijken.

V:Wat hoopt u te bereiken met de pilotstudies?

Wat we graag zouden zien van deze pilootstudies - en we zijn al begonnen met een deel van het ontwikkelingswerk hiervoor - zijn toolkits voor massaaanpassing, waar je een volledig standaardproduct kunt nemen en enkele parameters kunt aanpassen om het om te zetten in een op maat gemaakt product. We zijn niet de enigen die dit doen - een voorbeeld is het zenuwstelsel dat voornamelijk op sieraden is gericht, je kunt een volledig standaardontwerp nemen, met verschillende parameters spelen om de vorm te veranderen en vervolgens je eigen versie 3D-printen.

We hebben onderzoek gedaan naar de verschillende soorten interfaces die mensen graag gebruiken, het aantal parameters dat ze aankunnen wat betreft het variëren van hun ontwerp en ook hoeveel waarde kan worden toegevoegd aan een product als we iemand toestaan ​​iets van het maatwerk voor zichzelf.

Uiteindelijk willen we het stadium bereiken waarin we de beste manier kunnen vinden om een ​​toolkit voor massaaanpassing te ontwerpen. Dit zou beginnen met de ontwerper die wat werk doet om een ​​standaard of zelfs een onvoltooid ontwerp te maken. Maar dan zien we dat de klant langskomt en dat ontwerp voor zichzelf afmaakt. Het wordt dus een vorm van co-created design, waarbij zowel input van de fabrikant of het ontwerpbureau is als de input van de eindgebruiker.

V:Zie je deze vorm van "co-creatie" als iets dat in de toekomst meer gemeengoed zal worden in 3D-printen?

Het gebeurt al tot op zekere hoogte. Zo kun je bij Mini al kiezen voor producten op maat. Maar wat betreft het daadwerkelijk veranderen van de vorm van het product, wat we aan het onderzoeken zijn, gebeurt er op dit gebied niet echt veel, vooral niet met functionele producten.

En in sectoren als de auto-industrie moet u ervoor zorgen dat als u uw klant de mogelijkheid geeft om de vorm aan te passen, het product nog steeds veilig, functioneel en economisch te produceren is. Er moet in dit opzicht nog veel meer onderzoek worden gedaan voordat bedrijven bereid zijn gebruikers toe te staan ​​hun producten aan te passen - en in sommige gevallen zullen bepaalde bedrijven gebruikers nooit toestaan ​​hun ontwerpen aan te passen. Maar we hebben met andere bedrijven gesproken die bereid zouden zijn om enige mate van variatie door hun eindgebruikers te laten aanbrengen.

Als ik het voorbeeld van een föhn neem:maatwerk kan zo simpel zijn als de handgreep van de föhn op een bepaalde handmaat passen. Je zou zelfs je eigen föhn kunnen creëren die op de een of andere manier een aantal van je eigen persoonlijke kenmerken in het product kan hebben. En dat is een ander onderzoeksgebied dat we aan het verkennen zijn - we denken dat als mensen zich bezighouden met dit soort co-design, ze een emotionele band met het product kunnen opbouwen. Dit betekent dat ze misschien bereid zijn er wat meer geld voor te betalen en het ook wat langer vast te houden, zodat we uiteindelijk niet zoveel weggooien op de vuilstort. Dit is een ander aspect van ons onderzoek in Loughborough:duurzaam ontwerpen.

V:Loughborough University pioniert met wat het 'hybride en multi-systemen AM' noemt. Kun je uitleggen wat dit betekent?

Als we het hebben over hybride, hebben we het over de geïntegreerde combinatie van additieve en subtractieve productie binnen dezelfde machine. Bij Loughborough kijken we zowel naar metalen systemen als naar polymeersystemen.

V:Hoe werkt deze hybride productiebenadering voor metalen systemen?

Voor metalen systemen zijn er al enkele machines beschikbaar van bedrijven als Matsuura en DMG Mori ze hebben machines gemaakt die materiaal toevoegen via een soort depositieproces en vervolgens een gereedschapswisseling uitvoeren. Dus in plaats van een depositiekop, breng je een CNC-freesgereedschap in dat een deel van het materiaal zal verwijderen, ofwel om je een betere oppervlakteafwerking te geven of om de nauwkeurigheid van sommige functies te verbeteren. Zodra dat is gebeurd, kunt u nog een gereedschapswissel uitvoeren en teruggaan naar het additieve proces en wat materiaal toevoegen om het gebied waar u zojuist aan hebt gewerkt te bedekken. En je kunt zo vaak wisselen als je wilt.

Dit betekent dat u alle geometrische vrijheid van additive manufacturing kunt krijgen, maar als u behoefte heeft aan een hogere nauwkeurigheid of een betere oppervlakteafwerking (wat vaak het geval is voor technische componenten), kan dit niet alleen aan de buitenkant worden bereikt maar zelfs op de binnenoppervlakken die niet toegankelijk zouden zijn als je het hele ding in één keer zou bouwen.

We denken dat dit nieuwe mogelijkheden biedt voor one-stop-productie waarbij u één machine heeft, het CAD-onderdeel kunt downloaden en u een afgewerkt onderdeel van die machine krijgt zonder dat verdere bewerking nodig is. Dit type metaalhybride fabricage zal zeer nuttig zijn voor hoogontwikkelde componenten, omdat het u in staat zal stellen het aantal componenten dat u in uw systeem moet plaatsen te verminderen, waardoor u uw montagekosten verlaagt en de hoeveelheid materiaal die u nodig hebt, vermindert. Dit is vooral belangrijk in ruimtevaarttoepassingen, omdat een besparing van zelfs maar een paar kilo uw brandstofrekening aanzienlijk kan verlagen.

V:Is het hybride productieproces voor polymeren dan heel anders?

Het proces zal eigenlijk vrij gelijkaardig zijn, in die zin dat het gebruik zal maken van depositie gevolgd door machinale bewerking. Het verschil is dat bij polymeren alles bij een veel lagere temperatuur gebeurt. Wat we hier willen doen, is meer geometrische vrijheid en nauwkeurigheid te bieden aan AM-polymeeronderdelen en tegelijkertijd de kosten laag te houden. Dus terwijl de driver aan de metalen kant meer gaat over hoogwaardige technische producten, gaat het aan de polymeerkant meer om producten voor dagelijks gebruik.

V:Welke andere onderzoeksprojecten staan ​​op stapel aan de Loughborough University?

Welnu, we kijken ook naar additieve fabricage van composietmaterialen. Wat we hier willen doen, is de richting van de vezels in composietonderdelen controleren om ze sterker, stijver of lichter te maken of andere technische voordelen. Dat is pas onlangs van start gegaan en er zijn een aantal internationale partners bij betrokken.

V:Kun je ons iets meer vertellen over het nieuwe masterprogramma aan de Loughborough University?

Het heet Design for Additive Manufacture en duurt een jaar, in drie semesters. We nemen studenten door wat additieve fabricage is en nemen enkele van de bijzonderheden en voordelen ervan door.

Er is een klein project waarin wordt gekeken hoe we een nieuw ontwerp kunnen maken voor additive manufacturing, gevolgd door een groot project waarbij een product helemaal opnieuw moet worden ontworpen en opnieuw moet worden ontworpen. We bekijken ook enkele van de computerondersteunde ontwerptools op een hoger niveau die goed passen bij additieve fabricage, zoals topologische optimalisatie, evenals enkele van de verschillende soorten modellering die beschikbaar zijn, zoals voxel-modellering - dus kijkend naar een andere manier van werken binnen CAD.

V:Tot slot, wat is de volgende trend in AM waar je het meest enthousiast over bent?

Een ding dat echt spannend is, is dat machines groter worden, wat betekent dat het scala aan toepassingen groeit. Toen je aan additive manufacturing dacht, dacht je vroeger aan onderdelen die in een kubus van een halve meter passen, maar dat verandert nu vrij snel. We kunnen dit zien in architecturale toepassingen van additieve fabricage, waar we kunnen beginnen met het maken van dingen zoals huizen. Maar meer typisch kun je beginnen met het maken van een aantal interessante structuren om binnen gebouwen te gaan. We zien deze impact ook in de lucht- en ruimtevaart, waar grote vliegtuigonderdelen worden gebouwd op deze grote machines.

Een andere trend die al een tijdje bestaat, is het idee om metamaterialen te maken, waarbij je je materiaal anders kunt laten gedragen door te spelen met geometrie. U kunt bijvoorbeeld een zogenaamde auxetische structuur creëren, waarbij normaal gesproken wanneer we op een onderdeel duwen en het in de ene richting knijpen, het uitzet in de andere richtingen, bijvoorbeeld wanneer u een bal in verticale richting knijpt, zal het uitzetten in de horizontale richting. Maar met behulp van additive manufacturing en een heel slim ontwerp, is het mogelijk om structuren te creëren waarbij als je ze in verticale richting knijpt, ze ook in horizontale richting zullen krimpen. Het is een heel slim gebruik van complexe geometrie.

Mensen kijken ook naar andere aspecten, zoals het maken van onderdelen die anders reageren op thermische gradiënten. Met 4D-printen kun je bijvoorbeeld mogelijk een onderdeel maken dat van vorm kan veranderen of uitzet nadat je het hebt opgewarmd. Dus als je iets zou maken om in een bal naar de ruimte te sturen, als de hitte van de zon het eenmaal raakt, zou het in theorie open kunnen gaan voor een soort antenne. Dus materialen anders kunnen laten werken vanwege de complexe geometrie die je in onderdelen bouwt, is echt opwindend - en betekent dat we niet alleen te maken hebben met een klomp materiaal, maar met slim materiaal.

Klik hier voor meer informatie over de Additive Manufacturing Research Group (AMRG) aan de Loughborough University.

Bekijk ons ​​recente interview met dr. Richard Buswell van de Loughborough University.


3d printen

  1. 4 veelbelovende automatiseringstrends in additieve productie
  2. Interview met een expert:professor Neil Hopkinson, directeur 3D Printing bij Xaar
  3. Interview:Dr. Richard Buswell van Loughborough University
  4. Interview:Dominic Parsonson van Fuji Xerox Australia
  5. 6 redenen waarom u ontwerp voor additieve productie moet overwegen
  6. Expertinterview:James Hinebaugh van Expanse Microtechnologies
  7. Interview:HP's Global Head of Metals over de impact van HP Metal Jet
  8. Ontwerp voor het vervaardigen van PCB's
  9. CAD volledig benutten in het additieve productieproces
  10. Maak gebruik van 3D-visualisatie om uw productieprocessen te verbeteren
  11. Waarom is design for manufacturing belangrijk?