Altair-expert Ravi Kunju bespreekt geavanceerde simulatiesoftware voor 3D-printen

Het bereiken van een eenvoudigere en snellere workflow voor ontwerpvoorbereiding is een voortdurende zoektocht binnen de 3D-printindustrie. Ontwerpen voor Additive Manufacturing is een complex proces, met zijn unieke uitdagingen en kansen.

‍

‍ Daarom zijn er relevante tools nodig om ingenieurs in staat te stellen volledig te profiteren van de ontwerpflexibiliteit van AM. Altair is zo'n bedrijf dat deze oplossingen ontwikkelt. Altair is een wereldwijd technologiebedrijf dat software- en cloudoplossingen levert op het gebied van productontwikkeling, high-performance computing en data-analyse.

‍

In het expertinterview van deze week spreken we met Ravi Kunju, Sr. VP Business Development &Strategy, Simulation-Driven Design, bij Altair. Met Ravi leren we meer over de onlangs gelanceerde Altair Inspire Print3D-softwaretool, de huidige stand van zaken op het gebied van simulatiesoftware voor 3D-printen, en verkennen we enkele van de opwindende AM-toepassingen die mogelijk worden gemaakt door Altair-oplossingen.

‍

Kun je ons iets vertellen over Altair en de uitdagingen die je aan het oplossen bent?

We zijn een wereldwijd technologiebedrijf dat software- en cloudoplossingen levert op het gebied van productontwerp, productontwikkeling, high-performance computing en ook data-analyse.

‍

Onze visie, en wat we hebben gedaan in de ruim 30 jaar dat we actief zijn, is het transformeren van product- en zakelijke besluitvorming via onze simulatietechnologie, onze data-analyseoplossingen en ook onze toonaangevende oplossingen voor ontwerpoptimalisatie.

‍

Ik ben verantwoordelijk voor de simulatiegestuurde ontwerpproducten voor Altair.

‍

Je hebt onlangs de Altair Inspire Print3D-software gelanceerd. Kunt u de verschillende softwareoplossingen die u levert uitleggen?

Altair Inspire Print3D is slechts een van de vele oplossingen die wij bieden. Altair is al jaren toonaangevend op het gebied van optimalisatie. We hebben klanten die onze optimalisatietechnologie gebruiken om hun ontwerpen te maken voor allerlei productiemethoden - of het nu gaat om het vormen van plaatmetaal, gieten, extrusie of spuitgieten. Ze gebruiken onze technologie ook om de prestatie-eisen beter te begrijpen en generatieve ontwerpen te creëren specifiek voor een productieproces. In die context is het belangrijk om de twee uiteinden van het spectrum te begrijpen. Het ene is wat het ontwerp aandrijft en het andere is wat er gebeurt als je eenmaal een ontwerp hebt dat je wilt maken. Deze elementen komen samen op ons platform. Een van de dingen die we met ons Inspire-platform hebben gedaan, is het simulatiegestuurde ontwerpproces naar voren brengen en het voor de ontwerpers heel gemakkelijk maken om ontwerpen te begrijpen en aan te sturen, terwijl ze volledig op de hoogte zijn van het productieproces. Omdat het niet verstandig is om het productieproces te scheiden van de ontwerpvereisten, hebben we ze allemaal in één enkele omgeving geplaatst via ons platform.

‍

Inspire Print3D is dus op twee dingen gericht. Eén daarvan is dat het onze gebruikers onder het Inspire-platform in staat stelt ontwerpen te genereren die specifiek zijn voor elk AM-proces; het gebruik van specifieke productieregels (beperkingen) die ervoor zorgen dat het ontwerp aan het productieproces voldoet. Ten tweede moeten we alle prestatie-eisen combineren en geavanceerde numerieke methoden gebruiken om automatisch een ontwerp te genereren voor selectieve lasersmelten (SLM) of gesmolten depositie (FDM) of binder jetting (MJF) of Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM).

‍

Met de Print 3D-module kunt u dus niet alleen het ontwerp genereren, maar helpt u ook bij het virtueel valideren van de prestaties van het nieuwe ontwerp dat u hebt gemaakt.

‍

Simulatie door Altair's Inspire Print3D-software [Afbeelding tegoed:Altair]

‍

Met de eerste release van Print3D kan de gebruiker het selectieve lasersmeltproces simuleren. In deze omgeving is een geavanceerde thermomechanische simulatie ingebed om eventuele productieproblemen te evalueren die kunnen optreden tijdens het 3D-printen, zoals vervorming, hoge spanningen en breuken die daarmee gepaard gaan. De ontwerpers kunnen het ontwerp genereren en de ondersteunende structuren toevoegen, en eventuele problemen oplossen, allemaal binnen één enkele omgeving voordat ze gaan printen. Het grootste voordeel dat we zien is dat als je tegenwoordig kijkt naar wat de klanten in AM doen, ze meestal een suboptimale aanpak hebben voor het creëren van een optimaal ontwerp. Bovendien proberen ze, zodra ze een ontwerp hebben bedacht, ondersteunende structuren aan te brengen om ervoor te zorgen dat ze het onderdeel kunnen afdrukken en later ontdekken dat ze problemen hebben. Voor al deze stappen zijn er aparte softwareoplossingen.

‍

Altair elimineert dat allemaal door gebruikers in staat te stellen een onderdeel binnen één enkele omgeving te ontwerpen en evalueren. Het is bekend dat ongeveer 45 procent van de kosten die tegenwoordig met metaal AM gepaard gaan, kunnen worden toegeschreven aan het verwijderen van ondersteuningen. Door effectief gebruik te maken van onze ontwerpregels (beperkingen) kunnen eindgebruikers ontwerpen maken met minimale of geen ondersteuning. We stellen gebruikers ook in staat een ondersteunende structuur te creëren en de effectiviteit ervan te begrijpen via de thermomechanische simulatie; waarin we de opbouw, koeling en verwijdering van de ondersteuning kunnen simuleren en de daaropvolgende terugvering en bijbehorende vervorming kunnen voorspellen en stroomafwaartse storingen kunnen voorkomen. Dat is wat Inspire Print3D doet:het stelt eindgebruikers in staat uw ontwerp te bedenken, evalueren en valideren, in één enkele omgeving. Altair Inspire helpt onze eindgebruikers dus om lichtgewicht en goed presterende ontwerpen te creëren en tegelijkertijd de productiviteit te verbeteren.

‍

Hoe zou u de huidige staat van ontwerp-, simulatie- en topologie-optimalisatiesoftware voor AM beschrijven?

Altair is al een aantal jaren toonaangevend op het gebied van topologie-optimalisatie en generatief ontwerp, niet alleen voor additieve processen, maar voor alle productieprocessen. We hebben meer dan 5.000 klanten die onze producten dagelijks gebruiken om optimale ontwerpen te creëren. Maar niet alle generatieve ontwerptools zijn hetzelfde. Wij beschikken over de beste numerieke methoden om belangrijke problemen op te lossen en wij zijn de enigen die verschillende prestatiecriteria nemen, belastingsgevallen samenbrengen en deze combineren met productiebeperkingen, om ontwerpen te creëren die zeer specifiek zijn voor dat ontwerpproces. Om een ​​ontwerp aan te sturen en te genereren, zijn er twee dingen die goed moeten worden begrepen:prestatie-eisen en het productieproces. Als u bijvoorbeeld metaal giet en geen kernen wilt hebben, die opofferend en duur zijn, of als u een vorm wilt creëren zonder ondersnijdingen om op efficiënte wijze patronen uit de matrijsholte te verwijderen; de juiste productiebeperkingen moeten worden gecombineerd met hoogwaardige productie om een ​​lichtgewicht ontwerp te genereren. Er zijn veel tools beschikbaar die een organisch ontwerp kunnen genereren, en mensen zijn geneigd te denken dat dit alles is wat nodig is. Maar in feite is dat nog maar het begin, omdat u er zeker van wilt zijn dat u de productieprocessen begrijpt en weet wat het optimale ontwerp voor een bepaald proces zou moeten zijn. Alleen het genereren van een optimale vorm is niet voldoende als u de productievereisten niet begrijpt. In de generatieve ontwerpruimte zijn er veel numerieke benaderingen die u kunt gebruiken; Je kunt bijvoorbeeld een aantal ontwerpvariabelen verstoren en duizenden ontwerpen genereren en dan zeggen:‘Ik ga al deze verschillende vormen en maten variëren en dat levert me duizend ontwerpen op, die ik allemaal evalueer en vervolgens de beste identificeer.’ Dit kan suboptimaal, tijdrovend en duur zijn voor optimalisatie op bepaald componentniveau. Het kan zijn dat u geen goede oplossing krijgt. Aan de simulatiekant is AM tegenwoordig voornamelijk beperkt tot prototyping. Maar Altair is op zoek geweest om onze klanten te helpen het proces te transformeren om meer dan eenmalige onderdelen te maken. Kunnen we de andere methodologieën, zoals het jetting van bindmiddelen, onderzoeken? Kunnen we hybride gieten onderzoeken, waarbij je zandprint en vervolgens gietstukken in een zandmal giet? Kunnen we enkele van deze opties onderzoeken om uw capaciteiten om te zetten in capaciteit?

‍

Dat is onze zoektocht geweest om de unieke productievereisten diepgaand te begrijpen. Tegenwoordig zijn we toonaangevend op het gebied van het creëren van hoogwaardige lichtgewicht onderdelen, gereedschappen en assemblage, waarbij we gebruik maken van de nieuwste ontwerp- en productiemethoden.

‍

Kunt u iets vertellen over enkele van de toepassingen die mede dankzij uw ontwerpsoftware zijn gerealiseerd?

De eerste adoptanten waren de satelliet- en ruimtevaartbedrijven, omdat ze geen grote volumes hadden, maar wel sterk geoptimaliseerde en lichtgewicht ontwerpen nodig hadden. We ontwierpen een telescoopbeugel en andere beugels met EOS voor EADS waar complexe belastingen een rol speelden.

‍

We werken ook samen met autobedrijven, waaronder BMW, Ford, GM en een overvloed aan andere bedrijven over de hele wereld, die additieve productie onderzoeken als een haalbare optie voor prototyping. Als ik het opsplits, zien we niet alleen direct 3D-printen, maar ook een overvloed aan hybride productie, waarbij traditionele productie wordt gecombineerd met additieve productie. Wat ik daarmee bedoel is bijvoorbeeld het zand-3D-printen van kernen en mallen voor het gieten.

‍

Het tweede gebied betreft matrijzen voor het spuitgieten van kunststof. Het is belangrijk dat het matrijssamenstel dat de holte vormt niet losraakt tijdens de drukcyclus, waardoor een flits ontstaat die moet worden verwijderd. De gehele mal kan structureel worden geoptimaliseerd met behulp van een generatief ontwerp om de integriteit onder de belastingen te behouden. Naast de structurele optimalisatie kunnen we ook optimaliseren voor warmte-extractie met conforme koellijnen die zich om gebieden heen wikkelen die snelle koeling vereisen. Dergelijke organische structuren zijn ideaal voor 3D-printen. Aan deze voorbeelden werken we samen met PROTIQ, waarbij je van bijna 9 seconden cyclustijd naar 3 seconden kunt gaan. Dus als u een miljoen onderdelen per dag maakt, kunt u vervolgens 3 miljoen onderdelen per dag maken. Het betekent dat u uw productiviteit kunt verdrievoudigen door de matrijs te optimaliseren voor het spuitgietproces.

‍

We werken ook samen met de robotica-industrie, die talloze toepassingen heeft waarbij ontwerpoptimalisatie en 3D-printen worden gebruikt voor robotarmgrijpers. De grijpers hebben de neiging zeer snel te slijten en moeten daarom onmiddellijk worden vervangen om verstoringen van de assemblagelijn te voorkomen. Voor extreem grote constructies hebben we onlangs samengewerkt met MX3D aan een 3D-geprinte robotarm. MX3D is een 3D-printbedrijf dat gebruik maakt van eigen, op draadbogen gebaseerde technologie om grote metalen constructies te produceren.

‍

RobotArm van MX3D geoptimaliseerd met behulp van de software van Altair [Afbeelding tegoed:Altair]

‍

Onze softwarematige MX3D optimaliseert het robotarmontwerp om meer dan de helft van het oorspronkelijke gewicht te verminderen, rekening houdend met printbeperkingen. Voor dit project hebben onze ingenieurs Genative Design Customization gebruikt om de meest efficiënte vorm voor de 3D-geprinte robotarm te bedenken. Er zijn ook veel defensietoepassingen die kunnen profiteren van 3D-printen. Als er bijvoorbeeld een onderdeel van een gevechtsvoertuig kapot gaat, wil je dit onderdeel meteen lokaal kunnen printen, zonder dat je hoeft te wachten tot er een vervangend onderdeel arriveert. Dit is vooral het geval voor oudere onderdelen waarvoor u mogelijk geen tekeningen heeft. Onze oplossingen worden ook gebruikt op het gebied van medisch 3D-printen. Andiamo, een orthopedisch bedrijf, gebruikt bijvoorbeeld 3D-printen om beter passende orthese-apparaten te maken. De traditionele manier om een ​​orthese te maken is door een lichaamsdeel in gips te wikkelen, dat vervolgens wordt afgesneden en handmatig wordt vervaardigd. Het proces van Andiamo elimineert de noodzaak van gipsafgietsels. In plaats daarvan wordt begonnen met een digitale 3D-scan van het lichaam, waardoor een zeer nauwkeurig model ontstaat waarop u kunt beginnen met ontwerpen. Het proces omvat ook talrijke simulaties om een ​​perfecte pasvorm voor een kind te garanderen. We zien ook een toenemende belangstelling voor 3D-printprocessen zoals het jetting van binders. We werken samen met een aantal van onze partners op dit gebied, zoals Desktop Metal en ExOne. We presenteerden binderjetting-toepassingen op Formnext, waar we het hele proces van het maken van een fietsbeugel met FDM-, SLM-, Hybrid-Casting- en binderjetting-proces hebben doorlopen.

‍

Wat ziet u als u meer in het algemeen naar de sector kijkt als enkele van de belangrijkste ontwikkelingen voor 2020?

De sector beweegt erg snel. Wanneer ik naar AM-evenementen ga, is het duidelijk dat het aantal printerfabrikanten en materiaalleveranciers jaar na jaar bijna verdubbelt. Nu de concurrentie toeneemt, ben ik er zeer zeker van dat de kosten zullen worden verlaagd, wat op dit moment een groot afschrikmiddel is voor de additieve productiekant. Het toenemende aantal spelers zal de eindconsument waarschijnlijk helpen.

‍

Kijk bijvoorbeeld naar de tandheelkundige industrie. Het is een van de meest volwassen methoden, want als een consument een nieuwe kroon wil laten repareren, maakt zijn tandarts eenvoudigweg een scan van de tand en verzendt deze binnen twee tot drie dagen om af te drukken. Die cyclus moet ook in andere sectoren worden gerealiseerd. En dat is waar iedereen in 2020 naar zal blijven streven.

‍

Zijn er uitdagingen waarvan u denkt dat ze nog moeten worden overwonnen om de adoptie van 3D-printen verder te versnellen?

Er zijn een aantal uitdagingen die met elkaar verweven zijn. Nummer één zijn de kosten. De kosten houden uiteraard verband met de grootte van het onderdeel en het productievolume, die bepalen welk type productiemethode moet worden gebruikt. Zelfs binnen de additieven zou je bijvoorbeeld kunnen kiezen voor selectief lasersmelten of voor het spuiten van metaalbindmiddelen. Het tweede aspect is certificering. Hoe kunnen we een onderdeel certificeren, afhankelijk van of het onderdeel een dragend onderdeel of een veiligheidskritisch onderdeel is? En wat is de mate van herhaalbaarheid? Tegenwoordig is de uitdaging dat we de kosten niet kunnen beheersen en dat we weinig herhaalbaarheid hebben. Als een onderdeel in een bepaalde printer wordt afgedrukt, kunnen dan dezelfde specificaties worden bereikt als dat onderdeel door een andere printer en op een andere locatie wordt afgedrukt? Hoe groot is de kans dat de onderdelen zich precies hetzelfde zullen gedragen? Dat resulteert in de uitdaging om de fysica die zich op microniveau afspeelt nauwkeurig te kunnen modelleren. Dit roept de vraag op of gebruikers erop kunnen vertrouwen dat het laatste onderdeel consistent op verschillende platforms en locaties kan worden afgedrukt. Er moet zoveel werk worden verzet op het gebied van het vaststellen van industriebrede normen en materiaalkwalificatie. Materiaalleveranciers, printerfabrikanten, softwareleveranciers - iedereen moet samenkomen om bepaalde normen vast te stellen in termen van aanvaardbare toleranties voor lichtbelaste of zwaarbelaste veiligheidskritische onderdelen; in termen van het voldoen aan de interne porositeit en/of externe oppervlaktekwaliteit. Als je naar de geschiedenis kijkt, of het nu gaat om gieten, smeden of plaatwerk, door de jaren heen is er allemaal een vereniging aan verbonden geweest, zoals bijvoorbeeld de American Foundry Society. Er zijn veel organisaties die zich inzetten om iedereen bij elkaar te brengen en standaarden te creëren. Tegenwoordig explodeert de AM-markt op alle gebieden, maar uiteindelijk moet alles samenkomen om gezamenlijk normen te creëren en ervoor te zorgen dat alle spelers in de sector op één lijn zitten.

‍

Tot slot:wat zal het komende jaar voor Altair in petto hebben?

We zullen doorgaan met het ontwikkelen van meer simulatieoplossingen voor onze gebruikers. Wat de additieve productieprocessen betreft, zullen we doorgaan met het ontwikkelen van oplossingen die technologiegebruikers helpen het proces te valideren en de onzekerheden die daarmee gepaard gaan te begrijpen. Uiteindelijk zijn we gefocust op drie hoofdpijlers:het begrijpen van prestaties, het creëren van een ontwerp door twee dingen te combineren; prestaties en het productieproces zelf. Ze moeten allemaal hand in hand gaan, en we zullen doorgaan met onze missie om onze klanten te helpen de prestaties en het productieproces zo nauwkeurig mogelijk te valideren om de ontwerpen aan te sturen. We zullen natuurkunde blijven combineren met krachtige computers en data. We moeten ze allemaal samenbrengen, omdat je sommige problemen kunt oplossen door de natuurkunde te begrijpen, en sommige problemen moet je oplossen met machinaal leren. We streven ernaar om alle technologieën die we ontwikkelen te combineren om zaken efficiënter en winstgevender te maken voor onze klanten, met als einddoel hen te helpen betere beslissingen te nemen en beter presterende producten.