5 opwindende trends in 3D-printsoftware

Software is lange tijd een knelpunt geweest in de evolutie van 3D-printen. De industrie heeft zich meer gericht op vooruitgang in hardware en materialen, terwijl software-innovatie achterblijft.

De bestaande kloof wordt echter gedicht, aangezien meer bedrijven nu de volgende generatie softwaretools ontwikkelen die AM naar de industrialisatie zullen drijven.

Hieronder bekijken we enkele van de belangrijkste ontwikkelingen en trends die de markt voor 3D-printsoftware vormgeven.

1. De zoektocht naar software-interoperabiliteit 

De additieve productie-industrie evolueert naar een eenvoudigere en snellere workflow voor ontwerpvoorbereiding. De sleutel om dit te bereiken is de introductie van meer software-integratie.

In een typisch ontwerpproces zou een ingenieur een solide model maken in een Computer-Aided Design (CAD)-systeem. Vervolgens zou hij het moeten omzetten in een driehoekig model om bedrukbaarheidscontroles uit te voeren, het onderdeel op de bouwplaat te oriënteren, de structuur te optimaliseren om het gewicht te verminderen, ondersteuningen toe te voegen en simulatieanalyses uit te voeren. Voor veel van deze stappen zullen ontwerpers en technici verschillende programma's en meerdere bestandsindelingen gebruiken.

Deze uitgebreide reeks hulpmiddelen voor ontwerpvoorbereiding die nodig zijn om een ​​model klaar te maken voor afdrukken, voegt een extra laag complexiteit toe aan de AM-workflow. Het converteren en overbrengen van ontwerpgegevens naar verschillende ontwerpomgevingen kan vaak leiden tot kostbare fouten en vertragingen. En dan hebben we het nog niet eens over de aanzienlijke licentievergoedingen die bedrijven zouden betalen om meerdere softwarepakketten te gebruiken.

Een manier om deze uitdaging te overwinnen is de introductie van grotere software-interoperabiliteit.

In de context van het AM-ontwerpproces kan interoperabiliteit helpen om het aantal tools, stappen en inspanningen te verminderen die nodig zijn om een ​​printmodel te ontwerpen. Een manier om dit te bereiken is om verschillende softwaretools te laten uitwisselen en gebruik te maken van ontwerpgegevens zonder omslachtige gegevensconversies.

Tegenwoordig zien we meer functies, die traditioneel worden aangetroffen in AM-specifieke software, die migreren naar CAD-software, ontwikkeld door grotere softwarebedrijven. De integratie van de AM-ontwerpfunctie in populaire CAD kan op meerdere manieren worden bereikt, waaronder software-integraties, acquisities of de interne ontwikkeling van mogelijkheden.

Een van de grootste voorbeelden is de overname van AM-ontwerpsoftwarebedrijf Netfabb door Autodesk in 2015. Door deze stap kon Autodesk Netfabb verbinden met zijn Fusion 360-ontwerp- en engineeringtool, waardoor een veel eenvoudigere ontwerpomgeving voor 3D-printen voor zijn gebruikers werd gecreëerd.

In een recenter voorbeeld heeft Hexagon AB, een in Zweden gevestigd wereldwijd technologiebedrijf, AMendate overgenomen, een Duitse leverancier van topologie-optimalisatiesoftware voor AM. AMendate wordt toegevoegd aan de MSC Software-tak van Hexagon, die Computer-Aided Engineering (CAE) simulatiesoftware en -diensten levert.

Andere bedrijven, zoals Altair, Dassault Systems en PTC, hebben ook AM-ontwerpmogelijkheden ontwikkeld in het kader van hun CAD-oplossingen.

De trend van het integreren en stroomlijnen van AM-ontwerpprocesstappen zal alleen maar sterker worden, hoewel de verandering niet van de ene op de andere dag zal plaatsvinden. Dat gezegd hebbende, zal het bereiken van deze mijlpaal de barrières voor snellere ontwerpiteraties wegnemen, waardoor gebruikers van 3D-printen uiteindelijk gecompliceerde modelleringstaken kunnen stroomlijnen.

2. Gaat STL vervangen?

Het creëren van een interoperabele workflow zou bijna onmogelijk zijn zonder het gebruik van STL, het meest voorkomende bestandsformaat voor 3D-printen, te heroverwegen.

Het STL-bestandsformaat werd halverwege de jaren tachtig uitgevonden om CAD-software in staat te stellen bestanden te verzenden om 3D-objecten af ​​te drukken. Met behulp van STL wordt een ontwerp in CAD geëxporteerd als een STL-bestand, dat een driedimensionaal object beschrijft als een reeks gekoppelde driehoeken (polygonen).

Ondanks dat er veel vooruitgang is geboekt in de industrie, is het STL-formaat al meer dan 30 jaar grotendeels ongewijzigd gebleven. Naarmate de 3D-printindustrie zich blijft ontwikkelen en evolueren, zijn de beperkingen van het STL-formaat duidelijker geworden, vooral wanneer 3D-printen wordt gebruikt om complexe productieonderdelen te ontwerpen.

Hier zijn slechts enkele van de uitdagingen bij het gebruik van STL-bestanden: 

~Het nauwkeurig definiëren van complexe of grote geometrische vormen en structuren kan moeilijk zijn en omvat het maken van bestanden die onpraktisch groot kunnen worden (bijvoorbeeld enkele gigabytes). Het duurt lang voordat deze bestanden naar een 3D-printer worden verzonden en in sommige gevallen kunnen ze zo groot zijn dat een 3D-printer niet het hele bestand kan accepteren.

~Het formaat specificeert niet de informatie over kleur, textuur of materiaal.

~Het STL-formaat kan geen andere gegevens dan het ontwerp insluiten, inclusief informatie met betrekking tot copyright en bestandsbeveiliging.

~ Het wijzigen van het bestand is moeilijk. Het bestandsformaat kan geen onderscheid maken tussen kleine en grote wijzigingen, dus elke wijziging betekent dat de hele workflow opnieuw moet beginnen, wat uren kan toevoegen aan het ontwerpproces.

Een van de trends die de afgelopen jaren vorm heeft gekregen, is de ontwikkeling van oplossingen om de noodzaak van STL-bestanden te elimineren. Een daarvan is de ontwikkeling van efficiëntere bestandsformaten.

Het 3MF Consortium, oorspronkelijk opgericht in 2015, wil bijvoorbeeld een nieuwe universele en open-source 3D bestandsindeling, 3MF genaamd, die vrij is van de problemen waarmee STL te kampen heeft.

In de afgelopen twee jaar zijn er een aantal updates voor 3MF geweest, waaronder vier uitbreidingen voor Materials and Properties, Production, Beam Lattice en Slice. Volumetrische en Laser Tool Path-extensies zijn de volgende op de lijst en zijn momenteel in ontwikkeling.

Bovendien zit 3MF boordevol ingebouwde functies die niet beschikbaar zijn in STL, zoals complexe vormgegevens met kleine bestandsgroottes, een of meerdere texturen en meerdere kleurgegevens.

Ondanks de duidelijke voordelen, wordt het 3MF-bestandsformaat nogal langzaam geadopteerd binnen de industrie. Ironisch genoeg is de AM-industrie, die zo nauw verbonden is met innovatie, gewend geraakt aan het werken met STL en aarzelt ze om over te schakelen naar efficiëntere formaten.

Hoewel STL naar verwachting niet snel zal verdwijnen, zullen AM-gebruikers uiteindelijk hun benadering van het voorbereiden van een ontwerp voor 3D-printen moeten heroverwegen. Het gebruik van nieuwe bestandsindelingen zou een van de middelen kunnen zijn om moderne ontwerpvoorbereidingsbehoeften te ondersteunen.

3. Een nieuwe focus op workflowsoftware 

Workflow management software maakt een enorme groei door binnen de markt voor 3D-printsoftware. Een van de grootste drijfveren voor deze groei is de behoefte aan meer automatisering en schaalbaarheid van de AM-productieworkflow.

Een grafiek uit een recent rapport van IDtechEx laat zien dat de inkomsten uit workflowbeheersoftware de komende tijd sterk zullen stijgen decennium en belooft een mooie toekomst voor de sector.

Nu bedrijven AM beginnen te integreren in hun activiteiten, worden ze geconfronteerd met handmatige en inefficiënte workflowpraktijken. Veel AM-operators en technici moeten bijvoorbeeld nog steeds handmatig bestellingen beheren, de bouwstatussen controleren en veel tijd besteden aan het identificeren van onderdelen nadat ze zijn afgedrukt. Dit zorgt voor veel operationele knelpunten, waardoor het opschalen en effectief managen van AM-productie een uitdagende taak is.

Er zijn veel vorderingen gemaakt om inefficiënties in de workflow te overwinnen, waarbij software voor workflowautomatisering een van de belangrijkste oplossingen is.

In wezen helpen workflowsoftwareplatforms, zoals AMFG, bij het opzetten van een ecosysteem dat verschillende stadia van de AM-workflow met elkaar verbindt, zoals orderbeheer, productieplanning, statusbewaking van de build en controles na de verwerking. Het doel is om de productieplanning en -sturing een gestroomlijnd en gedigitaliseerd proces te maken.

Als gevolg hiervan kunnen bedrijven, of het nu servicebureaus of interne AM-winkels zijn, een tool hebben waarmee ze de AM-workflow van begin tot eind kunnen beheren, terwijl ze AM kunnen integreren in een bredere digitale infrastructuur.

4. De groeiende rol van AM-simulatiesoftware  

Simulatiesoftware zal een steeds grotere rol spelen naarmate 3D-printen verandert in een productie-compatibele technologie. Simulatie wordt meestal gebruikt in de ontwerpfase om digitaal te reproduceren hoe een materiaal zich zou gedragen tijdens het printproces, met als doel het minimaliseren van printfouten voordat een ontwerp wordt verzonden om te printen.

Ondanks zijn belofte, is het simuleren van 3D-printprocessen een uitdaging vanwege een groot aantal variabelen waarmee rekening moet worden gehouden tijdens het simulatieproces.

'Alle simulatiesoftware van tegenwoordig heeft een bepaald niveau van aannames ingebouwd die de nauwkeurigheid die het kan leveren, beperken. Dat is op dit moment waarschijnlijk het grootste nadeel:ze kunnen niet zo nauwkeurig zijn als je zou willen', zegt Dave Conover, Chief Technologist van ANSYS, in een recent interview met AMFG.

Simulatietechnologie evolueert echter snel, waarbij softwareleveranciers hun aanbod blijven verfijnen. Een technisch softwarebedrijf, ANSYS, is daar een voorbeeld van. Sinds begin 2019 heeft het bedrijf drie grote updates uitgebracht, die veel nieuwe functionaliteiten bevatten.

Een update die opvalt is ANSYS Additive Prep. Deze tool maakt deel uit van de ANSYS Additive Suite en ANSYS Additive Print softwarepakketten.

Een van de functies is de mogelijkheid om heatmaps te produceren die ingenieurs helpen te voorspellen hoe AM-bouworiëntaties van invloed zijn op ondersteuningsstructuren, bouwtijden, vervormingen en algehele printprestaties.

In de nieuwste R3-release is ANSYS Additive Prep ook verbeterd met een nieuwe buildprocessor waarmee gebruikers een buildbestand rechtstreeks naar een AM-machine kunnen exporteren, waardoor het gebruik van een STL-bestand overbodig wordt.

Bovendien heeft MSC Software de volgende generatie van zijn Simufact-oplossing uitgebracht voor de simulatie van 3D-printprocessen van metaal.

De update is sterk gericht op automatisering:het kan vervorming van het uiteindelijke onderdeel compenseren en ondersteuningsstructuren automatisch optimaliseren, terwijl het oververhitte of onvoldoende verwarmde zones identificeert en problemen zoals scheuren, krimplijnen en overschilderbaar contact kan voorspellen voordat ze zich voordoen.

Voortdurende ontwikkelingen op dit gebied geven aan dat de behoefte aan geavanceerde simulatieoplossingen voor AM groeit. De industrie wil weten hoe ze 3D-geprinte producten kunnen maken met betrouwbare en herhaalbare resultaten, en hierin kan simulatie een sleutelrol spelen.

Opwindend is dat de vooruitgang in AM-simulaties hand in hand gaat met andere trends in 3D-printsoftware, waaronder een grotere focus op interoperabiliteit, automatisering en vereenvoudigde bruikbaarheid.

5. Software wordt slimmer

Het combineren van 3D-printsoftware met kunstmatige intelligentie (AI) is de volgende grote trend binnen de branche. Deze combinatie kan de ontwerp-, productie- en workflowprocessen van 3D-printen verbeteren.

Op het ontwerpfront resulteert het koppelen van AI met ontwerpsoftware in generatieve ontwerptools waarmee ingenieurs onverwachte ontwerpopties kunnen verkennen. Het proces omvat het definiëren van een ontwerpprobleem door het invoeren van basisparameters zoals hoogte, gewicht dat een onderdeel moet dragen, sterkte en materiaalopties. Met behulp van AI en cloud computing komt generatieve ontwerpsoftware met een groot aantal ontwerpopties die voldoen aan de gespecificeerde parameters.

Generatieve ontwerpsoftware zou technische uitdagingen kunnen oplossen met ontwerpoplossingen die de menselijke geest nooit alleen zou kunnen bedenken.

3D-printen is een van de belangrijkste technologieën die de vooruitgang van generatieve ontwerpsoftware stimuleren, omdat het vaak de enige manier is om AI-gegenereerde ontwerpen tot leven te brengen.

Naast slimmere ontwerpen evolueert ook software om de productie met 3D-printen herhaalbaarder te maken.

Markforged heeft bijvoorbeeld onlangs AI-aangedreven software gelanceerd, Blacksmith, waarmee zijn 3D-printers de programmering en parameters kunnen aanpassen om optimale printresultaten te garanderen. Machine learning-algoritmen die Blacksmith aandrijven, stellen de software in staat om te leren van eerdere productie van onderdelen, zodat onderdelen elke keer nauwkeuriger en preciezer worden.

Om dit te bereiken, analyseert de intelligente software een ontwerp, vergelijkt het met gescande onderdeelgegevens die zijn vastgelegd met inspectieapparatuur en past het end-to-end proces dynamisch aan om uiteindelijk onderdelen te produceren die perfect voldoen aan een bedoeld CAD-bestand.

Ten slotte wordt de 3D-printworkflow ook slimmer met de introductie van AI-aangedreven software.

3D-printworkflows zijn zeer data-intensief, wat betekent dat er veel informatie is over orderstatussen, machine- en materiaalgegevens, die niet alleen kan (en moet) worden gecontroleerd en verzameld, maar ook geanalyseerd en opgevolgd. En dit is waar AI kan helpen.

Dankzij de mogelijkheden voor machineanalyse kan de software de verzamelde gegevens analyseren en voorstellen waar verbeteringen aan de productieactiviteiten kunnen worden aangebracht. Uiteindelijk zal het meer inzicht geven in waar de belangrijkste knelpunten zich bevinden en hoe het proces kan worden geoptimaliseerd om het meeste uit AM te halen.

Software:de sleutel tot het industrialiseren van 3D-printen

Van de drie belangrijkste pijlers van 3D-printen - hardware, materialen en software - is de laatste het minst geavanceerd. Er zijn nu echter dingen aan het veranderen, omdat bedrijven zich realiseren dat digitale technologieën zoals 3D-printen digitale oplossingen nodig hebben om hun groei en evolutie te ondersteunen.

Zowel toonaangevende softwareleveranciers als start-ups proberen nu softwaretools te ontwikkelen om AM vooruit te helpen. Er wordt veel energie gestoken in het mogelijk maken van herhaalbare printresultaten door middel van simulatiesoftware. Tegelijkertijd is er veel activiteit rond het overwinnen van knelpunten in de ontwerpvoorbereiding en procesbeheerworkflows.

Ten slotte geeft de convergentie tussen 3D-printen en AI vorm aan nieuwe mogelijkheden voor ontwerp en productie van 3D-printen.

Door al deze ontwikkelingen samen te voegen, wordt software echt het puzzelstukje om van 3D-printen een van de belangrijkste productietechnologieën van vandaag en morgen te maken.