Inleiding

Net als bij machinaal bewerken, smeden, gieten en stempelen, begint 3D-printen op dezelfde plaats:het ontwerp van het einddeel. Net als bij traditionele fabricage, is additieve fabricage afhankelijk van CAD-modellen (computer aided design) als het belangrijkste onderdeel van de productie van het onderdeel.

Vereisten van een CAD-pakket

Hoewel de meeste CAD-pakketten het mogelijk maken om modellen te maken voor gebruik in additive manufacturing, zijn er een paar belangrijke kenmerken en functies die moeten worden bevestigd voordat er verder wordt gegaan met een bepaalde.

Het eerste en belangrijkste aspect is de mogelijkheid om 3D-modellen te genereren. Sommige software is specifiek ontworpen voor afdrukken, tekeningen of andere 2D-ontwerpen en heeft niet de mogelijkheid om volledige modellen te genereren. Met een geschikt CAD-pakket kunt u parametrisch of direct 3D-oppervlakken modelleren, zodat u ze gemakkelijk kunt exporteren naar het meest voorkomende 3D-afdrukbestand, de STL.

De mogelijkheid om native CAD-ontwerpen naar een STL-bestand te exporteren is vereist voor bijna alle 3D-printers. STL-bestanden (een afkorting van "stereolithografie") zijn vertalingen/exports van CAD-modellen naar driehoekige oppervlakken en vlakken, die gewoonlijk worden geïnterpreteerd in G-code, de meest gebruikte Computer Aided Manufacturing (CAM)-taal voor geautomatiseerde werktuigmachines. Het genereren van een STL die bij uw ontwerp past, is van vitaal belang voor het succes van een 3D-afdruk, die we hieronder in meer detail zullen bespreken.

Buiten beide vereisten van 3D-modellering en het genereren van een STL, zijn er tal van andere "nice-to-haves" die zijn opgenomen in sommige CAD-pakketten die de voorbereiding voor additieve fabricage eenvoudiger maken en extra waarde toevoegen. Voorbeelden zoals 3DXpert voor SolidWorks, Netfabb voor Fusion 360 of 3YOURMIND voor Siemens NX zijn add-ons en plug-ins die een deel van de vertaalstappen verwijderen, of zelfs rechtstreeks afdrukken naar de printers vanuit de native applicaties zelf mogelijk maken.

Wat is een STL-bestand?

Het STL-bestand (Stereolithografie), ook wel "Standard Triangle Language" of "Standard Tessellation Language" genoemd, werd in 1987 door 3D Systems gemaakt en is algemeen aanvaard als het standaardbestand voor modellen voor 3D-printers in de hele industrie. Deze bestanden zijn exports van native CAD-bestanden en beschrijven "ruwe, ongestructureerde driehoekige oppervlakken door de eenheidsnormaal en hoekpunten (volgens de rechterhandregel) van de driehoeken met behulp van een driedimensionaal Cartesiaans coördinatensysteem" [Wikipedia, "STL (bestand formaat)”, 2019]. Kort gezegd, STL's zijn een benadering van CAD-modellen in een reeks driehoeken, waarbij kenmerken zoals splines, p-lijnen, bogen, extrusies en sweeps worden omgezet in driehoekige simples en composieten.

Een STL converteren

Hoewel elke CAD-software verschillende configuratie-opties en functies heeft voor het exporteren van STL's, zijn er een paar dingen die voor elke oplossing gelden en die belangrijk zijn om op te letten:

• Binair / ASCII - Hoewel er een groot verschil is tussen de codering van beide formaten, zijn binair en ASCII in principe functioneel vergelijkbaar, met het voorbehoud dat binaire bestanden vaak veel kleiner zijn en met minder verwerkingskracht worden verwerkt dan de meeste snijsoftware. Tenzij specifiek vereist, heeft binair doorgaans de voorkeur vanwege de kleinere bestandsgrootte.
• Eenheden - De definitie van het STL-bestand bevat geen maateenheden. Let bij het exporteren van het model op zowel de eenheden van de native CAD als de verwachte eenheden van de printer/slicing-software. De meeste slicing-software heeft een configuratie voor eenheden, maar de meest voorkomende implementaties verwachten standaard millimeters (mm).
• Oplossing - Dit zal het meest gevarieerde kenmerk zijn tussen CAD-pakketten, maar in het algemeen is het doel ervoor te zorgen dat de minimale toleranties/afwijkingen kleiner zijn dan de beste eigenschap die de 3D-printer kan produceren. Als de fijnste resolutie die de 3D-printer kan produceren bijvoorbeeld 100 micron is, dan moet de STL toleranties hebben binnen 100 micron voor diameters, hoeken, vlakverdelingen, enz.

Er zullen andere kenmerken zijn (bijv. kleur kan worden opgenomen in STL's), maar de bovenstaande punten zijn belangrijk om op te letten om een ​​STL te genereren die representatief is voor native CAD.

CAD-oplossingen in de algemene industrie

Binnen de productie-, engineering- en ontwerpindustrie zijn er tal van veelgebruikte CAD-pakketten; Sommige zijn specifiek voor de industrie en de gebruikssituatie, maar veel komen vaak voor tussen verticale markten en toepassingen. Hieronder staan ​​slechts enkele van de vele veelgebruikte CAD-toepassingen die doorgaans worden gebruikt door ondernemingen en productiebedrijven:

SolidWorks

SolidWorks, gelanceerd in 1995 en overgenomen door Dassault in 1997, is een van de meest voorkomende CAD-pakketten op het gebied van engineering, productie en ontwerp. Aangeprezen als een van de gemakkelijkst te leren parametrische CAD-pakketten die er zijn, volgens de uitgever, "gebruikten meer dan twee miljoen ingenieurs en ontwerpers bij meer dan 165.000 bedrijven SolidWorks vanaf 2013". Naast het CAD-basispakket biedt SolidWorks tal van aanvullende producten en modules voor simulatie, specifieke industrieën en rendering/grafisch ontwerp.

Dassault Systèmes CATIA

CATIA, oorspronkelijk opgericht in 1977 als Dassault Aviation's eigen ontwerpplatform voor defensie- en ruimtevaarttoepassingen, is software op bedrijfsschaal die veel wordt gebruikt in het ontwerp van lucht- en ruimtevaart, auto's en industriële apparatuur. Met meer dan 40 jaar ervaring is CATIA een volwassen en veelzijdige PLM-oplossing, met geïntegreerde ondersteuning van CAD tot CAM.

Autodesk Fusion 360

Fusion 360, oorspronkelijk uitgebracht in 2013 en uitgegeven door Autodesk, is een 3D-gecentreerde CAD-release (in tegenstelling tot Autodesk's klassieke AutoCAD) die zich onderscheidt met zowel een native versie voor Mac OSX en Windows 7/8/10 als gratis versies beschikbaar voor hobbyisten, studenten en instructeurs. Net als het aanbod van Dassault, profiteert Fusion 360 van toegang tot de rest van de overvloed aan oplossingen en add-ons van Autodesk.

Creo

Creo, voorheen bekend als Wildfire en Pro/E, is een van de eerste 3D CAD-oplossingen die beschikbaar kwam en werd gelanceerd in 1987. Creo, uitgegeven door PTC, is gebaseerd op het eerste op regels gebaseerde (parametrische) 3D-modelleringssysteem. Tegenwoordig maakt Creo deel uit van een suite van 10 applicaties van PTC die assemblagemodellering, FEA, direct/surface-modellering en tooling-ontwerpfunctionaliteit bieden.

Siemens NX

Siemens NX, oorspronkelijk Unigraphics NX en in 2007 overgenomen door Siemens, is een oplossing op bedrijfsschaal die niet alleen directe en parametrische modellering mogelijk maakt, maar ook technische analyse en CAM-functionaliteit rechtstreeks binnen één oplossing. Naast de CAD/CAE/CAM/Simulatie-functionaliteit heeft NX tal van branche- en materiaalspecifieke pakketten om een ​​uitgebreide functieset specifiek voor bepaalde toepassingen mogelijk te maken.

Onshape

Onshape, uitgebracht in 2015, is een van de weinige CAD-aanbiedingen die volledig op SaaS (Software-as-a-Service) is gebaseerd, wat een belangrijke onderscheidende factor is in een landschap van voornamelijk on-premise en hardware-intensieve oplossingen. Onshape biedt toegang via browser en Android/iOS, en met realtime samenwerking door meerdere gebruikers op een enkel ontwerp op elk ondersteund platform.

Conclusie

Tot slot, er zijn veel keuzes voor CAD-software op de markt, afhankelijk van de branche, de bedrijfsgrootte en de vereiste functies - maar bijna allemaal bieden ze de mogelijkheid om modellen te nemen en tot leven te brengen via additieve fabricage en 3D-printen. Van hobbyisten en studenten tot mechanische en ontwerpingenieurs op ondernemingsniveau, iedereen kan profiteren van de voordelen van additieve fabricage om sneller en gemakkelijker dan ooit tevoren realistische onderdelen en assemblages te produceren.