4 uitdagingen op het gebied van additieve productie die met software kunnen worden opgelost

Als het gaat om het toepassen van additive manufacturing, zullen de meeste bedrijven merken dat het niet alleen een kwestie is van het kopen van een machine en het produceren van onderdelen.

Voor alle voordelen van 3D-printen betekent het succesvol implementeren van de technologie dat u rekening moet houden met een aantal factoren. Welke ontwerptools worden gebruikt? Hoe zorgt u voor een naadloos workflowbeheerproces? En hoe zit het met beveiliging?

Het vinden van antwoorden op al deze vragen kan soms ontmoedigend zijn voor bedrijven die 3D-printen willen gebruiken voor doeleinden die verder gaan dan rapid prototyping. Gelukkig zijn er softwareoplossingen ontwikkeld om deze uitdagingen in de verschillende stadia van de AM-workflow op te lossen. Deze oplossingen stellen 3D-printen in staat om verder te gaan dan zijn beperkingen en een echt digitale productietechnologie te worden.

Hieronder onderzoeken we de manieren waarop verschillende software momenteel helpt om te gaan met vier belangrijke uitdagingen waarmee veel bedrijven worden geconfronteerd wanneer ze voor het eerst AM implementeren.

1. Ontwerpen voor additief

Additive manufacturing verlegt de grenzen van wat mogelijk is met industrieel ontwerp. In combinatie met 3D-printtechnologieën helpen geavanceerde ontwerptools zoals topologische optimalisatie en generatieve ontwerpsoftware conventionele ontwerpbeperkingen te overwinnen, waardoor nieuwe mogelijkheden zoals roosterstructuren en consolidatie van onderdelen naar voren komen.

Dat gezegd hebbende, blijft het ontwerpen voor additieven een uitdaging voor veel ingenieurs.

Een reden hiervoor is de neiging om design voor AM te bekijken door de lens van traditionele fabricage. Het simpelweg toepassen van traditionele ontwerpbenaderingen op additive manufacturing zal echter niet werken, aangezien de vereisten voor elk enorm verschillend zijn.

Bij het ontwerpen voor AM zijn er veel overwegingen om rekening mee te houden, waaronder ondersteunende structuren (hoeveel? Waar moeten ze worden geplaatst?) en de oriëntatie van onderdelen, om er maar een paar te noemen. Problemen die zich voordoen met deze en andere ontwerpelementen kunnen leiden tot verdere inefficiënties tijdens de productie- en nabewerkingsfasen.

Neem als voorbeeld draagconstructies. Ondersteuningen worden gebruikt om problemen zoals vervorming en instorten binnen een onderdeel te voorkomen. Vooral bij 3D-metaalprinten zijn dragers vrijwel altijd een onmisbare toevoeging aan het ontwerpproces.

Het is handig om het aantal ondersteunende structuren te minimaliseren bij het ontwerpen voor AM, omdat dit helpt om de print- en nabewerkingstijd te verminderen, evenals de hoeveelheid materiaal die wordt gebruikt. Een van de manieren om het aantal steunen te verminderen, is door een onderdeel opnieuw te ontwerpen, zodat het zo min mogelijk steunen nodig heeft. Het opnieuw ontwerpen van een onderdeel om ondersteuningen te elimineren of ze in het product zelf te integreren, kan echter een zeer tijdrovend proces zijn, indien dit handmatig wordt gedaan.

Om het proces wat gemakkelijker te maken, bieden oplossingen van Autodesk, Additive Works en Materialise manieren om het creëren van ondersteuning te automatiseren met behulp van software.

Bijvoorbeeld Materialise's e- Stage for Metal-software kan automatisch ondersteuningsstructuren voor metalen componenten genereren. Volgens het bedrijf kunnen ontwerpers de tijd om dragers te genereren met 90% verkorten. De resulterende steunen zijn dun en gemakkelijk te verwijderen en kunnen naar verluidt de tijd die nodig is voor het verwijderen van metalen steunen met 50% verminderen.

Het vinden van de juiste onderdeeloriëntatie is een andere veelvoorkomende uitdaging tijdens het ontwerp- en bouwvoorbereidingsproces.

Het correct oriënteren en nesten (optimaal plaatsen van onderdelen op het bouwplatform) van onderdelen heeft het voordeel dat het helpt om een ​​combinatie van de best mogelijke printtijd, oppervlaktekwaliteit en materiaalverbruik te bereiken.

Er beginnen ook software-oplossingen te ontstaan, ontwikkeld om te helpen bij het voorbereiden van een print build voor print (ook bekend als 'build Preparation').

Build voorbereidingstools gebruikers in staat stellen om 3D-ontwerpen te optimaliseren en ze voor te bereiden voor afdrukken. Ingenieurs kunnen hulpmiddelen voor het voorbereiden van de bouw gebruiken om de optimale oriëntatie en positie van het onderdeel op de bouwplaat vast te stellen, printparameters in te stellen en eventuele ontwerpproblemen te identificeren voordat ze gaan printen.

De bovengenoemde bedrijven bieden functionaliteit voor het voorbereiden van builds als onderdeel van hun ontwerp- en CAD-aanbod. Daarnaast is er een nieuw voorbeeld van de in Londen gevestigde start-up Betatype. Het bedrijf heeft een eigen aanpak ontwikkeld om het printvoorbereidingsproces voor metaal 3D-printen te optimaliseren. Het gegevensverwerkingsplatform, Engine, gebruikt een verscheidenheid aan optimalisatie-algoritmen, die het bedrijf gebruikt om de afdruktijd te verlagen en het machinegebruik te maximaliseren.

Een recente casestudy van Betatype biedt een kijkje in de optimalisatiemodellen voor de productie van orthopedische implantaten.

Een van de meest opwindende benaderingen was het op elkaar stapelen van meerdere implantaten met behulp van speciale roosterknooppunten. Dankzij deze aanpak kon het bedrijf de volledige bouwruimte van de 3D-printer volledig benutten. Bovendien maakte het ondersteuningsverwijdering mogelijk met behulp van zandstraaltechnieken, waardoor handmatige ondersteuningsverwijdering niet meer nodig is.

3D-printen van meer onderdelen in één enkele build en het verminderen van de noodzaak voor nabewerking is een winnende formule, die helpt bij het verminderen kosten per onderdeel voor 3D-printen van metaal en tegelijkertijd een snellere afschrijving van de machine. Het voorbeeld van etatype illustreert hoe dit kan worden bereikt met behulp van krachtige software.

Het ontwerpoptimalisatieproces voor additive manufacturing kan behoorlijk veeleisend zijn. Met moderne ontwerp- en voorbereidingssoftware kunnen ontwerpers en ingenieurs echter een optimale ontwerp-, oriëntatie- en ondersteuningsstrategie vinden om hen te helpen een consistente en kostenefficiënte productie te bereiken.

2.Trial-and-error met metalen 3D-printen

Metaal 3D-printen evolueert snel, maar de technologie vereist nog steeds behoorlijk wat trial-and-error om metalen onderdelen succesvol te 3D-printen. Om levensvatbaar te zijn voor productie, moeten de metaal-AM-processen voorspelbaar en herhaalbaar zijn. De realiteit is echter dat het percentage mislukkingen nog steeds vrij hoog is.

Als het gaat om 3D-printen van metaal, zijn er een aantal variabelen die de kwaliteit van een onderdeel kunnen beïnvloeden, waaronder materiaalkwaliteit, laagdikte, laser- of straalvermogen en gasstroom.

Normaal gesproken moeten technici verschillende afdrukparameters uitproberen om de juiste combinatie te vinden waarmee ze het afdrukproces met succes kunnen voltooien. Dit maakt het echter moeilijk om met succes 3D-printen van metalen onderdelen de eerste keer te bereiken, wat leidt tot veel tijdrovende en kostbare try-outs.

Simulatiesoftware is een manier om de kans op succes bij het 3D-printen van metalen onderdelen te vergroten. Simulatie kan worden gebruikt om het gedrag van een onderdeel onder verschillende omstandigheden te modelleren. Maar bij 3D-metaalprinten wordt tegenwoordig steeds meer gebruik gemaakt van simulatie om inzicht te geven in het productieproces zelf.

Laten we ANSYS als voorbeeld nemen. Het technische softwarebedrijf biedt een reeks simulatie- en ontwerptools, bedoeld om ingenieurs te helpen succesvolle 3D-geprinte metalen onderdelen te realiseren. Het Additive Suite-aanbod stelt gebruikers in staat microstructuureigenschappen en het gedrag van een onderdeel te analyseren voordat het printproces begint.

“Met de komst van additive manufacturing zagen we dat er niet alleen behoefte was om de product en hoe het zal worden gebruikt, maar ook om het proces zelf te simuleren, vanwege de aard van het additieve fabricageproces. Dit omvat zaken als vervorming van onderdelen en mogelijke breuken en barsten", zegt Dave Conover van ANSYS.

Door het printproces te simuleren, kunnen bedrijven een model bouwen, waarbij verschillende fasen van het bouwproces worden bekeken. Zo'n model kan bijvoorbeeld vastleggen hoe het materiaal in de machine opwarmt, smelt en stolt. Deze informatie, gegenereerd door simulatiesoftware, kan vervolgens worden gebruikt om de structuur, porositeit, vervorming en restspanning van het materiaal te voorspellen, waardoor ingenieurs de procesparameters kunnen verfijnen om mogelijke problemen te voorkomen.

Softwarebedrijf Simufact heeft laten zien hoe virtuele engineering kan worden toegepast om het aantal teststappen tijdens de fabricage van een kapscharnier te verminderen. In een samenwerkingsproject met EDAG en voestalpine werd de software van Simufact gebruikt om vervorming en restspanningen in de geprinte component te simuleren vóór productie.

Door gebruik te maken van simulatie konden ingenieurs het bouwproces virtueel uitvoeren en de realistisch vervormingsgedrag van een onderdeel. De resulterende simulatiegegevens stelden de ingenieurs in staat om waardevol inzicht te krijgen in hoe de vervorming van een scharnier kan worden gecompenseerd zonder tijd en materiaal te verspillen door middel van proefondervindelijk printen.

3. Werkstromen beheren

Of u nu als servicebureau onderdelen voor klanten 3D-print of een bedrijf dat in-house 3D-printen gebruikt, het organiseren en beheren van de productieworkflow is cruciaal. Veel bedrijven gebruiken echter inefficiënte tools om essentiële taken uit te voeren, zoals het beheren van verzoeken, het plannen en plannen van productie, het volgen van onderdelen en het beheren van leveringstermijnen.

Terwijl sommigen meerdere softwareoplossingen samen gebruiken, waaronder CAD, PLM en ERP, vertrouwen anderen op generieke projectbeheertools zoals Trello of eenvoudig Excel. Welk systeem ook wordt gekozen, alles zal onvermijdelijk leiden tot een aantal dagelijkse uitdagingen.

Productiemanagers zijn bijvoorbeeld beperkt in hun vermogen om realtime inzicht te krijgen in de status van de productie bij het gebruik van spreadsheets. Evenzo leidt het gebruik van verschillende softwaretools vaak tot het handmatig opnieuw invoeren van gegevens, wat veel tijd kost.

Zonder een adequaat end-to-end workflowsysteem zullen bedrijven moeite hebben om de prestaties te meten , geschatte leverdata en, belangrijker nog, schaal. Dit is een bijzonder belangrijk punt, aangezien wanneer de productiecapaciteit groeit, ook de behoefte aan de juiste software-architectuur zal toenemen om deze groei te ondersteunen.

Om deze pijnpunten in workflowbeheer te verlichten, moet workflowsoftware worden overwogen, afgestemd op de specifieke behoeften van additive manufacturing. Een efficiënt end-to-end workflowplatform helpt bij het stroomlijnen van de stappen van orderplaatsing tot postproductiecontroles, waardoor een bedrijf volledig inzicht krijgt in de additive manufacturing-workflow.

Een voorbeeld hiervan is Bowman Additive Production. De AM-divisie van lagerfabrikant Bowman International gebruikt AM-workflowsoftware om elke fase van het productieproces voor 3D-geprinte lagers te beheren.

Het Bowman-team kan bijvoorbeeld automatisch verzoeken rechtstreeks ontvangen via zijn softwareplatform, in plaats van alleen via e-mail zoals in het verleden. Bovendien gebruikt het bedrijf de software om onderdelen aan een build toe te wijzen en de status van elke build te controleren, waarbij de werklast en beschikbaarheid van de machine worden bijgehouden.

Met een steeds groeiende productiecapaciteit, stelde Bowman door het gebruik van de workflowautomatiseringssoftware in staat om het productieproces aanzienlijk te stroomlijnen, waardoor een hoger niveau van efficiëntie en doorvoer werd bereikt.

4. Gegevensbeveiliging garanderen

Nu steeds meer bedrijven additieve fabricage toepassen voor productie, is het beschermen van IP en het beveiligen van de digitale AM-draad nog nooit zo belangrijk geweest.

3D-printen stelt bedrijven in staat virtuele inventarissen bij te houden met digitale ontwerpen van onderdelen die naar elke faciliteit over de hele wereld kunnen worden verzonden en ter plaatse en op het moment van behoefte kunnen worden vervaardigd. Door dit te doen, kunnen bedrijven hun voorraden verminderen, waardoor de opslagkosten dalen.

Het volledig digitale ecosysteem van additive manufacturing roept echter enkele zorgen op het gebied van cyberbeveiliging op.

De digitale bestanden bevatten waardevolle gegevens over hoe componenten zijn ontworpen en geproduceerd moeten worden. Wanneer dergelijke bestanden digitaal worden verspreid, wordt het een uitdaging om diefstal of manipulatie van gegevens te voorkomen. Dit kan leiden tot illegale herdistributie en replicatie van producten, wat uiteindelijk de integriteit van het intellectuele eigendom van een bedrijf kan aantasten.

Om deze dringende zorgen weg te nemen, worden AM-specifieke beveiligingssoftwareoplossingen ontwikkeld. LEO Lane is bijvoorbeeld een bedrijf dat een cloudgebaseerde oplossing biedt om digitale activa te beveiligen.

Door het ontwerpbestand te versleutelen, zijn ontwerpen niet toegankelijk zonder toestemming. Een IP-eigenaar kan ook instructies inbouwen in een versleuteld bestand, waarbij hij de kwaliteit en kwantiteit van zijn onderdelen en producten controleert telkens wanneer ze worden geproduceerd.

Dit wordt bereikt door het type machine te specificeren waarop het ontwerp zal worden afgedrukt, het type materiaal en het toegestane aantal afdrukken - zodat de partij die een bestand ontvangt het bestand niet zal afdrukken. deel zo vaak als ze willen.

AM-software:een sleutelelement voor productiesucces

Zoals we hebben gezien, is software bij het toepassen van 3D-printtechnologieën net zo belangrijk als hardware of materialen.

Als bedrijven met succes additive manufacturing willen gebruiken, moet de technologie herhaalbaar, veilig en gebruiksvriendelijk zijn. Dit zijn de uitdagingen waarvoor AM-software de juiste oplossing kan zijn.

Van nieuwe ontwerptools tot gestroomlijnde en beveiligde workflows, software zal een sleutelrol spelen bij het helpen van bedrijven bij het opzetten van robuuste AM-faciliteiten, zodat ze kunnen profiteren van de enorme kansen die additive manufacturing te bieden heeft.