専門家のインタビュー：シミュレーションによる金属3D印刷の成功の達成に関するANSYSの最高技術責任者

金属3D印刷は、難しいビジネスになる可能性があります。熱歪み、残留応力、亀裂、反りなどの潜在的な問題があるため、金属の印刷プロセスは予測が難しく、制御がはるかに困難です。これがシミュレーションソフトウェアの出番です。

シミュレーションソフトウェアを使用して、金属部品とプロセスを設計およびシミュレーションし、部品が印刷に送られる前の設計段階での印刷の失敗を最小限に抑えることができます。

金属シミュレーションソフトウェア市場の先頭に立っている企業の1つが ANSYS 。エンジニアリングシミュレーションソフトウェアで有名な10億ドル規模の企業は、 Additive Suite を使用して積層造形の分野に参入しました。 ソフトウェア、一連の金属シミュレーションおよび高度な設計ツール。

ANSYSは、金属シミュレーション会社である3DSIMや材料会社であるGranta Designを含む多くの戦略的買収と相まって、金属3D印刷のシミュレーション機能を拡張するための措置を積極的に講じています。

今週は、ANSYSのアディティブマニュファクチャリングの最高技術責任者であるDave Conoverと話をし、エンジニアが金属3D印刷の世界をナビゲートするのをどのように支援しているか、金属3D印刷市場の現状、および企業がテクノロジー。

ANSYSと解決している問題について少し教えてください。

ANSYSは、機械工学用のシミュレーションソフトウェアのプロバイダーです。これまで、お客様は当社のソフトウェアを使用して、製品が実際にどのように機能するかをシミュレートしてきました。

しかし、添加剤製造の登場により、製品をシミュレートする必要があるだけではないことがわかりました。そしてそれがどのように使用されるかだけでなく、添加剤製造プロセスの性質により、プロセス自体をシミュレートするためにも使用されます。これには、部品の歪みや潜在的な破壊や亀裂などの調査も含まれます。

したがって、設計の連続体の一部として、その付加的なプロセスを最適にシミュレートする方法を模索したいと思いました。

現在、プロセスシミュレーションの観点から添加剤用のツールを提供しており、設計要素にも深く関わっています。これには、トポロジー最適化などのツールを使用した添加剤の特性の設計が含まれます。トポロジー最適化は、コンピューターにその機能要件に基づいて部品の設計を駆動させるプロセスです。

また、格子構造のようなものも調べますが、これは添加剤を使用する以外の方法では作成できません。

ANSYSのAdditiveSuiteと、ソフトウェアがどのように機能するかについて、より深い洞察をお聞かせください。

もちろん。主に、私たちが提供するソリューションは3つの領域に分割されています。

1つ目は、機械を使用して部品を印刷する必要がある機械オペレーターまたは設計エンジニア向けに開発されました。彼らは、ビルドで生成される歪みをすばやく洞察し、その歪みを説明する方法を提供できるツールを必要としています。これは、補正と呼ばれます。

つまり、最初の解決策は Additive Print というツールです。 。これは、設計グループからSTLファイルを受け取り、それを正常に印刷することが仕事である機械オペレーターを対象としています。

次に、設計チームにツールを提供します。これは、部品が実際にどのように動作するかを調べるために、これまで当社の製品を使用してきたグループです。しかし今では、積層造形用の部品を事前に設計できるように、プロセスをシミュレートするためのツールも提供しています。

3番目のソリューションは Additive Science と呼ばれます 。これは、プロセスを設計している材料科学者やエンジニアのためのツールです。彼らはマシンを理解し、マシンが良好なビルドを取得するために必要な設定などを確認する必要があります。これにより、多孔性が少なく、パフォーマンスを得るのに必要な適切な微細構造を備えたビルドが得られます。一部から欲しい。

つまり、これらは3つの解決策です。1つは添加剤用の部品を設計する人向け、もう1つは機械を実行する人々向け、そして最後に1つは機械の最適なパラメータを見つけようとする人々向けです。ビルドを成功させるために。

シミュレーションソフトウェアから最も恩恵を受けている特定の業界はありますか？

アーリーアダプターの1つは、確かに航空宇宙です。

AMが提供する軽量化と、これらの複雑で軽量な多機能部品を製造する業界のニーズから、ここで早い段階で関心が寄せられています。

バイオメディカルも、金属AMへの関心が高まっているもう1つの分野です。

しかし、実際には、金属3D印刷への関心は、競争力を獲得したり、他に類を見ないコストを削減したりするためのテクノロジーを検討している他の多くの業界に広がっています。今日開発されている小ロット製品。

あなたは金属AMに対する生物医学部門の関心について言及しました。生物医学部門はこの技術をどのように使用しており、シミュレーションはどこに適合しますか？

主な用途分野は、通常金属製の補綴物とインプラントです。ここでは、カスタマイズが重要です。患者固有の特定のサイズのバッチを1つまたは少量作成します。添加剤を使用すると、これを非常に簡単に行うことができます。これは、インプラント、補綴物、またはその他の医療機器用に特定の設計を行う場合です。

もちろん、金属プロセスで発生する問題は次のとおりです。歪みが発生します。ビルドプロセス中に発生する熱歪みのため、設計された部分とプリンタから出てくる部分は必ずしも同じではありません。

それを説明し、それらの歪みを元に戻すことができることが重要です。シミュレーションにより、パーツを設計するとき、および印刷するときに、パーツを希望の形状に変形して、人の顔や股関節インプラント、または医療処置で必要な場所にフィットさせることができます。

既存のシミュレーションソフトウェアに制限はありますか？テクノロジーでできないことはありますか？

実際の製造は非常に複雑なプロセスです。レーザーがこれらの粉末粒子に当たるなど、多くのことが起こっています。物理学を理解することすら困難であり、シミュレーションソフトウェアでそれを説明することは言うまでもありません。

したがって、今日のすべてのシミュレーションソフトウェアには、提供できる精度を制限するある程度の前提条件が組み込まれています。これがおそらく現時点での最大の欠点です。希望するほど正確ではないということです。

とはいえ、それは確かに進化している分野であり、理解するために多くの研究が行われています。プロセスを実行し、より正確にシミュレートするための方法論を考え出すことができます。私たちは世界中で多くの研究プロジェクトに携わっており、精度を高めるためにこれを前進させようとしています。

金属を使用した3D印刷のユニークな側面は、あなたが部品を作るときの材料。他の製造プロセスとは大きく異なります。

したがって、プロセスパラメータを制御して、最終的に希望どおりに材料を出す方法を理解することは、適切な耐疲労性と適切な多孔性および微細構造を備えて、私たちが取り組んでいることです。その詳細レベルを確認できるようにします。

私たちはそこからどれくらい離れていると思いますか？

私たちはかなり近いです。このようなシミュレーションができる製品は、来年かそこらで発売される予定です。

効果を上げるには、多くの検証と調整を行う必要がありますが、そのためのプロセスを十分に理解していると確信しています。時間をかけてソフトウェアを進化させるだけです。

ANSYSは、2017年に金属シミュレーション会社の3DSIMを買収しました。当時、積層造形を探求したいという欲求を刺激したのは何ですか。

簡単に言えば、お客様はテクノロジーに飛び込んでいました。彼らの努力をサポートする必要があることに気づきました。彼らは私たちのツールを使用して製品を設計し、現在は積層造形に移行しています。彼らは、テクノロジーを使ってそれらの製品を設計するのに役立つツールを必要としていました。

また、製品の設計に役立つだけでなく、技術やプロセス自体（たとえば、歪みや残留応力など）を理解するための支援も必要であることに早くから気づきました。

私たちが機会を模索し始めたとき、特に微細構造が関係している場合、私たちはすぐに自分たちで解決策を有機的に開発することができないだろうと思いました。

そこで、すでにこの分野に参入し始めている会社である3DSIMを見つけました。彼らは多くの優れた技術を開発し、優れた人々のチームを持っていました—そしてそれは当時の私たちにぴったりでした。

ANSYSは最近、ケンブリッジを拠点とするGrantaDesignも買収しました。これはAM機能にどのような影響を与えますか？

Granta Designは、本質的に材料情報会社です。企業の材料データを管理しているため、材料データのPLMであるとさえ言えます。

加法的に交差するのは、機械のようにAMプロセスに関連するデータがたくさんあるということです。たとえば、設定。 ANSYSとGrantaDesignは、企業がそのボリュームデータを制御および理解できるようにする必要があると考えました。

たとえば、私たちが協力してきた分野の1つは、マシン設定を管理する機能です。これは、会社が印刷シミュレーションを行うときに、プリンターで使用するマシン設定をデータベースにコピーして簡単にダウンロードし、シミュレーションプログラムに組み込むことができることを意味します。

同様に、Grantaが材料データを管理することで、そのデータをシミュレーションソフトウェアに取り込むことができます。これにより、その会社とその資料に適切で検証済みの資料を使用していることを確認できます。そのため、加法的な側面でも同じことを行っています。つまり、そのデータを管理しています。

パイプラインにあなたが話すことができる他のパートナーシップはありますか？

私たちは確かに、製品ストリーム全体でエコシステムを構築することを常に目指しています。現在、いくつかの分野に焦点を当てています。

1つは、物理空間を拡張することです。最近、光学シミュレーション、または必要に応じて光シミュレーションに移行するため、光学会社を買収しました。たとえば、自動運転車にとって非常に重要な分野であり、私たちが深く関わっています。

添加剤の分野では、そのエコシステムの構築にも取り組んでいます。私たちは常に、お客様が当社の製品をどのように使用しているか、そして彼らの問題点がどこにあるかを見ています。それから、私たちは、それが有機的にできることなのか、買収やパートナーシップを通じてできることなのか、ソリューションの提供を支援できるかどうかを確認しようとしています。

今後、AMを使用すると、効果的な製造プロセスを実現するために企業がまとめる必要のあるプレーヤーやピースが非常に多くなるため、今後さらに増えると思います。したがって、ワークフローを可能な限りシンプルにするために、これらのソリューションを可能な限り多く提供できれば、誰もが恩恵を受けることができます。

金属3D印刷の採用を検討している企業に、どのようなアドバイスをしますか？

確かに、大企業にはテクノロジーに飛び込むためのリソースと能力があります。しかし、あなたが小さな会社であるなら、それは少し難しいです。

とはいえ、できることはいくつかあります。

最初に理解することの1つは、商業的に意味のあるパーツやアイデアを作成できるかどうかです。多くの3D印刷サービスビューローはその専門知識を持っており、あなたに代わって部品のアドバイスと製造を行うことができます。

これらのサービスプロバイダーを使用することは、テクノロジーに足を踏み入れる1つの方法です。ですから、機械に投資して理解しようとするのは大変な努力ですが、あなたがする必要があるのは、いくつかのデザインを考え出し、サードパーティのプロバイダーにそれを印刷してもらうことだけです。

また、単にマシンを手に取り、プラグを差し込んで、初日から印刷を開始するのではないことを認識することも重要です。テクノロジーの専門知識と理解を深めるには、しばらく時間がかかります。確かに、受講できるコースはたくさんあり、専門知識やコンサルタントもたくさん利用できます。

最後に、それは忍耐の問題でもあります。確かに、マシンは改善されており、業界では5年前よりも一般的に理解が進んでいます。最終的には、私たちがしなければならないのは だけになるところまで到達したいと思っています。 通常の製造プロセスと同じように、マシンを接続するだけです。最終的には3D印刷でそこに到達すると思いますが、まだそこにはありません。そのため、技術をさらに発展させるには少し時間がかかります。

金属3D印刷の現在の状況をどのように見ていますか？

それが進化するのを見るのは本当に興味深いです。最初は間違いなく多くの誇大宣伝がありました— Gartnerの誇大宣伝曲線は、特に初期の採用者が飛び込んでいることでこれについて語っています。

その後、業界はそれがないことを認識した落ち着いた段階がありました最初に見えたのと同じくらい簡単です。

しかし、私たちは興奮の段階を経て、今は落ち着きの段階を経ていると思います。期待ははるかに現実的であり、添加剤で何ができるか、そしてそれをどれだけ早く採用できるかについての理解が深まります。

今、急増していると思います。今後数年間、金属3Dプリンターの売上は、おそらく最初の1、2年ほど積極的には増加しないと予想しています。しかし、航空宇宙や医療などの早期採用者だけでなく、すべての業界で採用が着実に向上することがわかります。

言い換えれば、私たちは間違いなくこぶを超えています。

テクノロジーの採用を加速するために、まだ解決する必要のある課題は何だと思いますか？

たくさんの小さなピースがあります。マシンとマシンの背後にあるテクノロジーはまだ成熟する必要があると述べました。

もう1つの要素は、ワークフローを理解し、それを設計から製造、後処理に至るまでの手順を概説する計画的なプロセスに落とし込むことです。しかし、それを完全に理解するにはもう少し時間がかかります。

次に、後処理の問題があります。これらの部品をどのように熱処理するか、いつ熱処理するかなどの要因はありますか？現在、この分野では多くの作業が行われています。これらのことでさえ、進化して理解するのに時間がかかっているからです。

最終的に、AMエコシステム全体が断片化されます。ワークフローとエンドツーエンドのソリューションを作成するために一緒に考えなければならない小さなソリューションや企業がたくさんあります。

その統合は継続する必要があります。これにより、特にエンドツーエンドのソリューションを取得するためにさまざまなソフトウェアやハードウェアを大量に購入する能力がない企業にとっては、事態が容易になると思います。

最終的な考えはありますか？

最後に、添加物を使った旅をしていると言います。

私たちはまだそこにいません。マシンはまだそこになく、プロセス全体の理解はまだありません。しかし、エキサイティングなのは、私たちがいるということです。 徐々にそこに着きます。

ANSYSでは、お客様やベンダーと協力して、それを促進するための研究イニシアチブを開発しています。今後もツールを進化させ、より良いものにしていきたいと考えています。そして、積層造形の設計と構築の方法を正確に理解できるようになることを望んでいます。これは、今日の機械加工のように簡単なプロセスになるでしょう。

ANSYSとそのシミュレーションソリューションの詳細については、https：//www.ansys.com/ にアクセスしてください。