ソフトウェアで解決できる4つの積層造形の課題

アディティブマニュファクチャリングの採用に関しては、ほとんどの企業は、単に機械を購入してすぐに部品を製造する場合ではないことに気付くでしょう。

3D印刷のすべての利点のために、テクノロジーをうまく実装することは、多くの要因を考慮することを意味します。どの設計ツールを使用しますか？シームレスなワークフロー管理プロセスをどのように保証しますか？そして、セキュリティについてはどうでしょうか？

これらすべての質問に対する答えを見つけようとすると、ラピッドプロトタイピング以外の目的で3D印刷を採用しようとしている企業にとっては気が遠くなることがあります。幸い、AMワークフローのさまざまな段階でこれらの課題を解決するのに役立つソフトウェアソリューションが登場しました。これらのソリューションにより、3D印刷はその限界を超え、真のデジタル製造技術になります。

以下では、さまざまなソフトウェアが、AMを最初に実装するときに多くの企業が直面する4つの主要な課題に対処するのに現在どのように役立っているかを探ります。

1。添加剤の設計

アディティブマニュファクチャリングは、工業デザインで可能なことの限界を広げています。 3D印刷技術と組み合わせると、トポロジー最適化やジェネレーティブデザインソフトウェアなどの高度な設計ツールが従来の設計上の制限を克服し、格子構造や部品の統合などの新しい可能性を前面に押し出します。

とはいえ、添加剤の設計は多くのエンジニアにとって依然として課題です。

この理由の1つは、従来の製造業のレンズを通してAMのデザインを見る傾向があることです。ただし、それぞれの要件は大きく異なるため、従来の設計アプローチを積層造形に適用するだけでは機能しません。

AMを設計する際には、サポート構造（いくつですか？どこに配置する必要がありますか？）や部品の向きなど、考慮すべき多くの考慮事項があります。これらおよびその他の設計要素で発生する問題は、製造および後処理段階でさらに非効率になる可能性があります。

例としてサポート構造を取り上げます。サポートは、パーツ内の歪みや崩壊などの問題を防ぐために使用されます。特に金属3D印刷では、サポートは事実上常に設計プロセスへの重要な追加です。

AM用に設計する場合は、サポート構造の数を最小限に抑えると便利です。これにより、印刷と後処理の時間、および使用する材料の量を減らすことができます。サポートの量を減らす方法の1つは、必要なサポートができるだけ少なくなるようにパーツを再設計することです。ただし、サポートを削除したり、製品自体に統合したりするためにパーツを再設計することは、手動で行う場合、非常に時間のかかるプロセスになる可能性があります。

プロセスをいくらか簡単にするために、Autodesk、Additive Works、Materializeなどのソリューションは、ソフトウェアを使用してサポートの作成を自動化する方法を提供しています。

たとえば、Materialiseのe- Stage for Metalソフトウェアは、金属コンポーネントのサポート構造を自動的に生成できます。同社によれば、設計者はサポートを生成する時間を90％短縮できます。結果として得られるサポートは薄くて取り外しが簡単で、金属サポートの取り外しにかかる時間を50％短縮できると報告されています。

正しい部品の向きを見つけることは、設計および構築の準備プロセス中に直面するもう1つの一般的な課題です。

パーツの正しい向きと入れ子（ビルドプラットフォーム上でパーツを最適に配置する）には、可能な限り最高の印刷時間、表面品質、および材料消費の組み合わせを実現するのに役立つという利点があります。

ソフトウェアソリューションも登場し始めており、印刷用の印刷ビルドの準備（「ビルド準備」とも呼ばれます）のタスクを支援するために開発されました。

ビルド準備ツールユーザーが3Dデザインを最適化して、印刷用に準備できるようにします。エンジニアは、ビルド準備ツールを使用して、ビルドプレート上の最適なパーツの向きと位置を確立し、印刷パラメーターを設定し、印刷前に設計上の問題を特定できます。

上記の企業は、設計およびCAD製品の一部としてビルド準備機能を提供しています。それに加えて、ロンドンを拠点とするスタートアップのベータタイプからの新しい例が1つあります。同社は、金属3D印刷の印刷準備プロセスを最適化する独自のアプローチを開発しました。そのデータ処理プラットフォームであるEngineは、さまざまな最適化アルゴリズムを使用しており、同社はこれを使用して印刷時間を短縮し、マシンの使用量を最大化しています。

Betatypeの最近のケーススタディでは、整形外科用インプラント製造の最適化モデルを垣間見ることができます。

最もエキサイティングなアプローチの1つは、特別なラティスノードサポートを使用して多数のインプラントを積み重ねることでした。このアプローチにより、同社は3Dプリンターのビルドスペース全体を最大限に活用することができました。さらに、サンドブラスト技術を使用したサポートの削除が可能になり、手動でサポートを削除する必要がなくなりました。

1回のビルドでより多くの部品を3D印刷し、後処理の必要性を減らすことは、成功の秘訣です。より高速な機械償却を実現しながら、金属3D印刷の部品あたりのコスト。 etatypeの例は、強力なソフトウェアを使用してこれを実現する方法を示しています。

積層造形の設計最適化プロセスは、非常に厳しい場合があります。ただし、最新の設計およびビルド準備ソフトウェアを使用すると、設計者とエンジニアは、一貫性のあるコスト効率の高い生産を実現するための最適な設計、方向付け、およびサポート戦略を見つけることができます。

2。金属3D印刷の試行錯誤

金属3D印刷は急速に進化していますが、金属部品を3D印刷するためには、技術にはまだかなりの試行錯誤が必要です。生産に実行可能であるためには、金属AMプロセスは予測可能で再現可能でなければなりません。ただし、実際には、故障率は依然としてかなり高いです。

金属3D印刷に関しては、材料の品質、層の厚さ、レーザーまたはビームの出力、ガスの流れなど、部品の品質に影響を与える可能性のある多くの変数があります。

通常、エンジニアはさまざまな印刷パラメータを試して、印刷プロセスを正常に完了するための適切な組み合わせを見つける必要があります。ただし、これにより、金属部品の3D印刷を初めて成功させることが難しくなり、多くの時間と費用のかかる試行につながります。

シミュレーションソフトウェアは、金属部品を3Dプリントする際の成功の可能性を高める1つの方法です。シミュレーションを使用して、さまざまな条件下での部品の動作をモデル化できます。しかし、金属3D印刷では、製造プロセス自体への洞察を提供するためにシミュレーションがますます使用されるようになりました。

例としてANSYSを取り上げましょう。エンジニアリングソフトウェア会社は、エンジニアが3D印刷された金属部品を成功させるのを支援することを目的として、さまざまなシミュレーションおよび設計ツールを提供しています。そのAdditiveSuite製品を使用すると、ユーザーは印刷プロセスを開始する前に微細構造の特性と部品の動作を分析できます。

「積層造形の登場により、シミュレーションの必要性だけでなく、製品とその使用方法だけでなく、積層造形プロセスの性質上、プロセス自体をシミュレートすることもできます。これには、部品の歪みや潜在的な破損や亀裂などの調査も含まれます」とANSYSのDaveConover氏は述べています。

印刷プロセスをシミュレートすることで、企業はモデルを構築し、構築プロセスのさまざまなフェーズを確認できます。たとえば、このようなモデルでは、機械内で材料がどのように加熱、溶融、固化するかを把握できます。シミュレーションソフトウェアによって生成されたこの情報は、材料の構造、多孔性、歪み、残留応力を予測するために使用でき、エンジニアは潜在的な問題を回避するためにプロセスパラメータを微調整できます。

ソフトウェア会社のSimufactは、仮想エンジニアリングを適用して、ボンネットヒンジの製造中の試用手順の数を減らす方法を示しました。 EDAGとフェストアルピーネとの共同プロジェクトでは、Simufactのソフトウェアを使用して、製造前に印刷されたコンポーネントの歪みと残留応力をシミュレートしました。

シミュレーションを活用することで、エンジニアはビルドプロセスを仮想的に実行し、パーツのリアルな変形動作。結果として得られたシミュレーションデータにより、エンジニアは試行錯誤の印刷を通じて時間と材料を無駄にすることなく、ヒンジの歪みを補正する方法について貴重な洞察を得ることができました。

3。ワークフローの管理

サービスビューローとしてのクライアント向けの3D印刷部品であろうと、社内で3D印刷を使用している企業であろうと、制作ワークフローの整理と管理は非常に重要です。ただし、多くの企業は、要求の管理、生産の計画とスケジューリング、部品の追跡、納期の管理などの重要なタスクを処理するために非効率的なツールを使用しています。

CAD、PLM、E​​RPなどの複数のソフトウェアソリューションを一緒に使用するものもあれば、Trelloや単純なExcelなどの一般的なプロジェクト管理ツールに依存するものもあります。どのシステムを選択しても、必然的に多くの日常的な課題が発生します。

たとえば、プロダクションマネージャーは、スプレッドシートを使用するときに、プロダクションのステータスをリアルタイムで把握する能力に制限があります。同様に、さまざまなソフトウェアツールを使用すると、データを手動で再入力することになり、多くの時間が消費されます。

適切なエンドツーエンドのワークフローシステムが整っていないと、企業はパフォーマンスの測定に苦労します。 、納期を見積もり、最も重要なのは規模です。これは特に重要なポイントです。生産能力が向上すると、この成長をサポートする適切なソフトウェアアーキテクチャも必要になります。

ワークフロー管理におけるこれらの問題点を軽減するには、積層造形の特定のニーズに合わせて調整されたワークフローソフトウェアを検討する必要があります。効率的なエンドツーエンドのワークフロープラットフォームは、発注から製造後のチェックまでのステップを合理化するのに役立ち、企業に積層造形ワークフローの完全な可視性を提供します。

その好例は、Bowman AdditiveProductionです。ベアリングメーカーのAM部門であるBowmanInternationalは、AMワークフローソフトウェアを使用して、3Dプリントベアリングの製造プロセスの各段階を管理しています。

たとえば、Bowmanチームは、以前のように電子メールを介してではなく、ソフトウェアプラットフォームを介して直接リクエストを自動的に受信できます。さらに、同社はソフトウェアを使用してパーツをビルドに割り当て、各ビルドのステータスを確認して、マシンのワークロードと可用性を追跡します。

生産能力が拡大し続ける中、ワークフロー自動化ソフトウェアを採用することで、Bowmanは生産プロセスを大幅に合理化し、より高いレベルの効率とスループットを実現しました。

4。データセキュリティの確保

生産に積層造形を採用する企業が増えるにつれ、IPの保護とAMデジタルスレッドの保護がこれまで以上に重要になっています。

3D印刷により、企業は部品のデジタルデザインを使用して仮想在庫を維持し、世界中のあらゆる施設に送信して、現場で必要なときに製造することができます。そうすることで、企業は在庫を削減し、ストレージコストを削減できます。

ただし、積層造形のオールデジタルエコシステムは、サイバーセキュリティの懸念を引き起こします。

デジタルファイルには、コンポーネントの設計方法と製造方法に関する貴重なデータが含まれています。このようなファイルをデジタルで配布する場合、データの盗難や改ざんを防ぐことが難しくなります。これは、製品の違法な再配布および複製につながる可能性があり、最終的には企業の知的財産の完全性に影響を及ぼします。

これらの差し迫った懸念に対処するために、AM固有のセキュリティソフトウェアソリューションが開発されています。たとえば、LEO Laneは、デジタル資産を保護するためのクラウドベースのソリューションを提供する会社です。

デザインファイルを暗号化することにより、許可なしにデザインにアクセスすることはできません。 IP所有者は、暗号化されたファイルに命令を組み込み、製造されるたびに部品や製品の品質と数量を管理することもできます。

これは、デザインが印刷されるマシンのタイプ、素材のタイプ、および許可される印刷回数を指定することによって実現されます。したがって、ファイルを受け取る側が印刷しないようにします。何度でも分けてください。

AMソフトウェア：本番環境で成功するための重要な要素

これまで見てきたように、3D印刷技術の採用に関しては、ソフトウェアはハードウェアや材料と同じくらい重要な考慮事項です。

企業が積層造形をうまく利用するには、テクノロジーが再現性があり、安全で、使いやすいことが証明されている必要があります。これらは課題であり、AMソフトウェアが適切なソリューションである可能性があります。

新しい設計ツールから合理化された安全なワークフローまで、ソフトウェアは企業が堅牢なAM設備を確立するのを支援する上で重要な役割を果たし、積層造形が提供する膨大な機会を活用できるようにします。