Hoge kwaliteit onderdelen vragen om eersteklas CAD/CAM

De eeuwige vraag bij productie met CAD/CAM-software is hoe bouwers kunnen helpen om hun onderdelen altijd sneller, goedkoper en beter te maken. Met de nieuwste releases van CAD/CAM-software blijven ontwikkelaars hun aanbod aanpassen door nieuwe rimpels toe te voegen, waaronder generatieve ontwerpmogelijkheden, meer automatisering van veelgebruikte winkelprocessen en meer tools voor het opkomende gebied van additive manufacturing.

Bovendien zijn simulaties veel kritischer geworden, met zeer complexe meerassige machines die nauwkeurige berekening van machinegereedschapselementen vereisen om catastrofale botsingen tijdens bewerkingsprocessen te voorkomen, waardoor het zeer wenselijk is dat CAD/CAM ingebouwde visualisatiemogelijkheden biedt.

Onder deze laatste trends komen generatief ontwerp en additive manufacturing snel op de voorgrond. "We blijven meer toepassingen zien voor de productie van additieven, nieuwe mogelijkheden voor materiaalverwerking en verhoogde machinecapaciteit en prestaties", aldus Paul Brown, senior marketingdirecteur, NX Product Engineering, voor het in Plano, Texas gevestigde Siemens Digital Industries Software. "Dit verhoogt op zijn beurt de eisen aan CAD-technologieën, waardoor ingenieurs nieuwe ontwerpen kunnen verkennen en de kracht en flexibiliteit kunnen omarmen die de nieuwe productiemethoden bieden."

Bedrijven zijn nog steeds op zoek naar manieren om hun ontwerp te stroomlijnen door middel van productiecycli. Er is blijvende belangstelling voor gebieden zoals ontwerp voor produceerbaarheid (DFM), controle om het vertrouwen te vergroten in het vermogen om te maken en te bouwen wat is ontworpen, merkte Brown op.

De generatieve benadering volgen

Generatief ontwerp heeft fabrikanten geholpen het ontwerpproces te versnellen en te verfijnen. Het betekent onderdelen op een efficiëntere manier ontwerpen en onderdelen ontwikkelen die gemakkelijker te produceren zijn.

"Nu fabrikanten meer dan ooit onder druk staan ​​om betere producten sneller en tegen lagere kosten te leveren, wordt de noodzaak om ontwerp- en productieprocessen te verbinden en te automatiseren om iteraties, fouten en levertijden te verminderen van cruciaal belang", aldus Sanjay Thakore, business strategy manager, Fusion 360 Go-to-Market-strategie, voor Autodesk Inc., een in San Rafael, Californië gevestigde ontwikkelaar van CAD/CAM-software.

"De combinatie van industriële convergentie en nieuwe productietechnologie creëert nieuwe automatiseringsmogelijkheden", zegt Thakore in een interview dat in het septembernummer van Manufacturing Engineering is gepubliceerd. "Complexe ontwerp- en engineeringuitdagingen kunnen worden opgelost tegen een fractie van de kosten [van traditionele ontwerpprocessen] met generatieve ontwerptechnologie zoals in Autodesk Fusion 360."

Generatief ontwerp is een verkenningstool die tegelijkertijd meerdere CAD-ready oplossingen genereert op basis van echte productiebeperkingen, productprestatie-eisen en kostenvereisten. "Ingenieurs kunnen de ontwerpruimte verkennen door rekening te houden met meerdere materialen en productiemethoden en de optie kiezen die het beste past bij de prestatie- en kostenvereisten", zei hij.

Sommige bedrijven beginnen generatieve benaderingen te gebruiken om ontwerpproblemen op te lossen, merkte Brown van Siemens op. "Dit geeft hen meer mogelijkheden om alternatieve vormen en materialen te verkennen om een ​​probleem op te lossen." De uitdaging is om het te integreren in een traditioneel proces. "Met Convergent Modeling hebben we de technologie waarmee mensen generatieve ontwerpen kunnen gebruiken die het resultaat zijn van simulatie en optimalisaties als kernmodelleringsgeometrie - door dit te combineren met traditionele modellerings- en productietechnieken", zegt Brown.

Dit wordt verder aangewakkerd door het gebruik van additieve fabricage die vormen en benaderingen mogelijk maakt die niet kunnen worden gemaakt met behulp van traditionele productietechnieken, zoals roosterstructuren. Deze verminderen het gewicht van de componenten aanzienlijk, maar behouden de mechanische eigenschappen van stijfheid en andere factoren.

"Het hebben van geïntegreerde CNC-programmeermogelijkheden is van cruciaal belang voor het produceren van afgewerkte onderdelen, wat de industrialisatie van additive manufacturing mogelijk maakt", aldus Brown. "Het gebruik van dit soort geïntegreerde technologieën breidt zich geleidelijk uit van het eerste prototype naar massaproductie - dat is waar Siemens zich op richt." Hij zei dat het bedrijf bekijkt hoe het AM op industriële schaal mogelijk maakt, van taakgrootte 1 tot 1.000.

Generatieve ontwerptechnieken produceren zeer organische vormen, merkte Alan Levine op, directeur van Open Mind Technologies USA Inc., Needham, Mass., ontwikkelaar van hyperMILL CAD/CAM-software. "Deze vormen kunnen worden vervaardigd met traditionele freestechnieken of additieve technieken," zei hij. "Bij het gebruik van de additieve techniek wordt frezen vaak gebruikt als een secundair proces om de gewenste kwaliteit van de oppervlakteafwerking te bereiken."

Een superieure oppervlakteafwerking voor een bewerkt onderdeel vereist nauwkeurige instellingen in het CAM-systeem, hoogwaardige gereedschapshouders en nauwkeurige werktuigmachines, aldus Levine. "De meeste CAM-systemen gebruiken gewoonlijk een benaderde mesh bovenop de topologie van het modeloppervlak. Het voordeel van deze methode is een uniform berekeningsproces, ongeacht hoe het CAD-systeem of CAD-vertalers de oppervlakte-entiteiten definiëren”, zegt Levine. Open Mind heeft onlangs een zeer nauwkeurig model toegevoegd om rechtstreeks op het oppervlak van de onderdelen te bewerken, waardoor de oppervlaktekwaliteit wordt verbeterd.

De snelle groei van additieven

Nieuwe technieken voor het werken met additieve toepassingen groeien snel, vooral die binnen CAM-systemen voor gerichte energiedepositie (poeder of draad), voegde Levine eraan toe. "Sommige CAM-leveranciers hebben dit marktpotentieel aangepakt met een nieuwe additievenstrategie of aangepaste technieken die werden toegepast in poederbedsystemen," zei Levine. “Als je dat laatste gebruikt, zijn de toolpath-strategieën dan op de een of andere manier beperkt. Open Mind heeft een additief programmeerproces ontwikkeld waarmee bijna alle freespaden kunnen worden aangepast voor additief, en bevat de extra technologie die nodig is voor deze markt. Dit geeft gebruikers de vrijheid om een ​​programmeerproces te creëren, inclusief voor 2D- en 3D-toolpath-strategieën, evenals vijf-assige besturing indien nodig.”

Additive manufacturing en hybrid manufacturing (additief en subtractief op dezelfde machine) worden steeds populairder. Waarom? De meeste additieve processen voor metaal laten geen geschikte oppervlakteafwerking achter. Hybride oplossingen maken een gefreesde afwerking mogelijk op dezelfde machine en opstelling die de additieve porties produceerde.

“Deze machines zijn interessant voor eindgebruikers. Open Mind is actief in additieve productieprocessen op basis van ontwikkelingen op het gebied van gerichte energiedepositie”, aldus Levine. Het gebruik omvat demonstraties met machinepartners, universiteits- en onderzoeksactiviteiten, voegde hij eraan toe, en ook enkele early adopter industriële eindgebruikers die werken met additieve en hybride bewerking van metalen.

"De trend van additive manufacturing leidt ons naar hybride CAM-systemen", zegt Chuck Mathews, executive vice president, DP Technology Corp., Camarillo, Californië, de ontwikkelaar van ESPRIT CAM-software. "Esprit Additive for Direct Energy Deposition is bijvoorbeeld beschikbaar binnen het ESPRIT CAM-systeem met volledig spectrum en biedt programmering, optimalisatie en simulatie voor additieve en subtractieve processen in één geïntegreerde oplossing."

Mathews zei dat ESPRIT's Additive App programmering biedt voor multi-tasking, multifunctionele, multi-channel, mill-turn, additieve en subtractieve werktuigmachines. Additieve en subtractieve processen worden samen geprogrammeerd, geoptimaliseerd en gesimuleerd binnen één enkele interface.

Additieve technieken vinden hun weg naar bijna elk CAD/CAM-product, aangezien additive manufacturing gebruikers een ontwerpvrijheid geeft die niet te vinden is in traditionele subtractieve methoden.

"Deze nieuwe technieken hebben innovatieve manieren geopend om onderdelen te maken die in het verleden niet mogelijk waren", zegt Ben Mund, senior marktanalist, CNC Software Inc., de in Tolland, Conn. gevestigde ontwikkelaar van Mastercam-software. "Door de uiterst nauwkeurige oppervlakken die zijn verkregen met subtractieve fabricage in het proces te combineren met de additieve technieken, bereikt u het beste van beide processen", aldus Mund.

De CAD/CAM-software moet de ingenieur in staat stellen om het additieve proces net zo goed te beheersen als het subtractieve, met vergelijkbare tools. Mund zei te zoeken naar functies zoals ondersteunend materiaal, graduele materiaaldefinitie, samen met technieken zoals 3D-nesting en geoptimaliseerde onderdeeloriëntatie, waardoor de softwaregebruiker alle aspecten van het productieproces kan beheersen.

"Additive manufacturing maakt deel uit van ons erfgoed bij 3D Systems, en we zien veel zij-aan-zij en geïntegreerde additieve en subtractieve productie in de industrie", zegt Daniel Remenak, productmanager – GibbsCAM, voor additive machine builder 3D. Systems Inc., Rock Hill, S.C. "Naarmate deze workflows steeds gebruikelijker worden, beïnvloedt dat de verwachtingen van de klant voor programmeersoftware, die programmeurs moet kunnen helpen deze technologieën efficiënt met elkaar te verbinden. Ons 3DXpert-product is voornamelijk gericht op additieve workflows, waarbij gebruik wordt gemaakt van onze bedrijfsbrede CAD-ervaring voor ondersteuning en het genereren van roosters, en onze expertise op het gebied van subtractieve bewerking voor een geavanceerde snijmachine en bewerking na het printen.”

Remenak zei dat het GibbsCAM-team de afgelopen jaren heeft samengewerkt met leveranciers van CNC-machines en onderzoekers aan het ontwikkelen van speciale technieken voor het programmeren van hybride subtractieve en depositie-additieve machines.

Strategieën voor snelle productie

Het "brood en boter" van machinale bewerking kan liggen in het automatiseren van veelgebruikte functionaliteit voor gebruikers op de werkvloer die snelle, nauwkeurige resultaten nodig hebben om hun onderdelen met hoge kwaliteit, vaak in hoge volumes en altijd op tijd te maken. De sleutel tot die doelen zijn in-CAD-simulaties, die de winkels draaiende houden door ervoor te zorgen dat onderdeelprogramma's correct werken, zonder kostbare botsingen, en het wat alledaagsere rijk van CAD-tools die "CAD voor CAM" worden genoemd en gebruikers de noten geven - en -bouten opties die nodig zijn om hun onderdelen snel te maken.

"De primaire focus van al onze CAD-functies en -verbeteringen is gebaseerd op het idee van 'CAD for CAM', wat betekent dat het onderdeel klaar moet zijn voor productie", zegt Mund van CNC Software. “Het is ons nummer één doel. Of een gebruiker nu een complex onderdeel vanuit het niets in Mastercam heeft gemaakt, of probleemgebieden van een onderdeel dat in een ander CAD-systeem is gegenereerd, moet analyseren en repareren, onze suite van wireframe, verharding en solide tools is beschikbaar om alles machineklaar te krijgen onverwijld.”

Mund zei dat verschillende factoren het CAD/CAM-ontwerp beïnvloeden, maar de meeste hebben te maken met innovatie, het verlagen van de kosten, het versnellen van de time-to-market en het verbeteren van de efficiëntie. "We luisteren voortdurend naar de behoeften van onze klanten met betrekking tot de onderdelen waarmee ze werken en de problemen die ze kunnen tegenkomen, om nieuwe tools te ontwikkelen om meer dingen mogelijk te maken binnen de Mastercam CAD-suite met tools," zei Mund. "Hoe sneller een gebruiker een nieuw onderdeel kan maken of een geïmporteerd onderdeel kan bewerken ter ondersteuning van het fabricageproces, hoe sneller het kan worden geprogrammeerd en op een machine kan worden gesneden.

Het versnellen van de time-to-market is de sleutel, voegde hij eraan toe. “Met onze CAD-tools kunnen binnen Mastercam veel aanpassingen worden gedaan, waardoor tijd en kosten worden bespaard om het terug te sturen naar het oorspronkelijke CAD-systeem. In dit geval staan ​​we CAM-programmeurs toe om wijzigingen aan te brengen die het bewerkingsproces ondersteunen, of het nu gaat om het ontwerpen van een opspanning, het bouwen van tijdelijke in-process geometrie of het repareren van problemen in het originele CAD-bestand.

"Efficiëntie betekent dat we al onze tools gebruiken om het onderdeel klaar te maken voor de machine - draadframe, oppervlakken en vaste stoffen die allemaal samenwerken voor dat ene doel", vervolgde Mund. Ten slotte is connectiviteit belangrijk. "In de CAD-wereld kan dit betekenen dat je onderdelen moet inlezen van elke CAD-modelleur die industriestandaardformaten zoals IGES en STEP ondersteunt en de gebruikelijke propriëtaire formaten zoals SAT, DXF, DWG, X_T, enzovoort,"

Hij gelooft ook dat het betekent dat het CAD-model in een Mastercam-onderdeelbestand is gekoppeld aan de CAM-informatie; verander het model en de toolpaths zijn bekend en kunnen gemakkelijk worden bijgewerkt zonder helemaal opnieuw te hoeven beginnen.

Andere leveranciers hanteren vergelijkbare benaderingen van CAD, gericht op traditionele CAM-gebruikers. “Open Mind heeft zijn hyperCAD-S-basis (binnen hyperMILL) ontworpen als een CAD-voor-CAM-module. Populaire CAD-systemen bieden niet altijd de beste gebruikerservaring voor CAM-gebruikers”, zegt Levine. “De focus in hyperCAD-S ligt op het vereenvoudigen van de functies die nodig zijn om een ​​CAM-systeem aan te sturen. Enkele voorbeelden zijn grensselecties, gezichtsuitbreidingen en filterselecties zoals co-planair en coaxiaal, en andere functies om oppervlakken te genezen en opnieuw aan te passen wanneer dat nodig is."

Open Mind ging toen verder om vooraf gedefinieerde reeksen CAD-hulpprogramma's voor de CAM-gebruiker en binnen de CAM-strategieën aan te bieden, zonder de noodzaak van de onderliggende selecties, voegde hij eraan toe.

"In de matrijsindustrie zijn scherpe randen bijvoorbeeld van cruciaal belang voor het matchen van de kern- en holtegeometrie om flitsen tijdens het vormproces te voorkomen", aldus Levine. "Om een ​​schone rand te krijgen en te voorkomen dat een snijplotter over een rand rolt, is het gunstig om deze oppervlakken te verlengen en de snijplotter goed op en van het onderdeel te geleiden."

De hyperMILL Z-level vormafwerkingsmodule bevat een automatische raaklijnverlenging om dit proces voor de gebruiker te stroomlijnen. Het resultaat zijn bewerkte oppervlakken en randen zonder lastige selecties en extra stappen in het CAM-programmeerproces.

Voor complexe meerassige bewerkingen zijn simulaties verplicht en in-CAD-simulaties zijn populair geworden in vergelijking met enkele van de duurdere simulaties van derden op de markt. "We blijven sterke trends zien in de richting van complexe multitasking-machines en een toenemend gebruik van en een grotere afhankelijkheid van machinesimulatie", aldus GibbsCAM's Remenak. "Machinewerkplaatsen zijn gericht op het verwerven van software die de beste programmeerefficiëntie, de hoogste productiviteit op de machine en de sterkste validatietools kan bieden met bewezen, betrouwbare postprocessors."

Nixes-omleidingen na verwerking

Zonder goede nabewerking, of volledige CAD/CAM die werkt met andere productiesoftwareoplossingen, kunnen gebruikers onvoorziene omwegen krijgen. "Wat een CAM-systeem naar onze mening 'goed' maakt, komt neer op de kwaliteit van de postprocessor en de technische ondersteuning van de leverancier", zegt Mathews van DP Technology. "Als programmeervragen snel en nauwkeurig worden beantwoord en het systeem goede code produceert, wordt de programmering vereenvoudigd en neemt het machinegebruik toe, terwijl zowel de installatie- als de cyclustijden dalen."

DP Technology streeft ernaar om de best beschikbare nabewerking en technische ondersteuning te bieden, stelt hij, eraan toevoegend dat "de ESPRIT-strategie erin bestaat nauw samen te werken met de machinebouwers en een Digital Twin van elke CNC te bouwen met in de fabriek ontwikkelde postprocessors die zijn ontworpen om machinaal geoptimaliseerde, bewerkingsvrije G-code, "zei Mathews. DP Technology ondersteunt ESPRIT door fabrieksgerichte training en technische ondersteuning te bieden aan zijn Noord-Amerikaanse klanten via een toegewijd team van ESPRIT-toepassingsingenieurs.

One-stop-shopping

Complete pakketten kunnen gebruikers aantrekken die op zoek zijn naar one-stop-shopping in CAD/CAM, waarbij CAD/CAM wordt gecombineerd met inspectie en metrologie, of met PLM-, ERP- en MES-oplossingen.

"Een van de nieuwste trends die we van onze klanten en nieuwe prospects horen, is hun behoefte aan ons om complete productieoplossingen te bieden, in plaats van alleen CAD / CAM-software", zegt Nick Spurrett, regionaal directeur-Amerika, productiesoftware, Hexagon Manufacturing Intelligence , North Kingstown, R.I. “Hun verzoeken vertegenwoordigen alles, van een MES-oplossing tot oplossingen die ze helemaal doorvoeren tot volledige verificatie van bewerkingsmachines. Met de toevoeging van NCSIMUL en WORKPLAN stemt Hexagon Production Software ons bedrijf af om te reageren op deze laatste trends.”

Hexagon Manufacturing Intelligence heeft onlangs demo's getoond van zijn digitale productieoplossingen die deel uitmaken van het Production Software-portfolio, dat bestaat uit de verschillende CAD/CAM-titels van Vero Software, dat een paar jaar geleden door Hexagon werd overgenomen, plus NCSIMUL, een high-end simulatie- en verificatiepakket, samen met de traditionele inspectieoplossingen van Hexagon.

"We blijven al onze productieproducten ontwikkelen, inclusief snellere toolpath-creatie en het bieden van Waveform-strategieën in de hele productset", zegt Spurrett van de nieuw samengevoegde line-up. "We leveren ook Advanced Toolform-technologie met de introductie van vijfassige bewerking voor elke gereedschapsvorm." Hij merkte op dat het het mogelijk maakt om vijf-assige gereedschapsvormen, zoals tonnen, ovalen, parabolische of een bepaalde vorm, te berekenen over de onderdeeloppervlakken, inclusief negatieve offsets (toeslagen).

"Design for manufacturing is een van de belangrijkste oplossingen die we de afgelopen 12 maanden hebben gelanceerd", voegt Spurrett toe. “We bieden een CAD voor CAM-, of CAD for Machine Shops-oplossing voor bedrijven die willen profiteren van de CAD-gegevens die ze ontvangen, of die willen werken in een CAD-omgeving die een machinewerkplaats of een CNC-programmeur kan gebruiken omdat het biedt het type functionaliteit dat ze specifiek nodig hebben om te produceren. Door gebruik te maken van directe modellering kan de gebruiker de geometrie direct wijzigen door naar eigen goeddunken stukken van het model te duwen of te trekken.”