3Dプリントソフトウェアの5つのエキサイティングなトレンド

ソフトウェアは、3Dプリントの進化におけるボトルネックでした。業界はハードウェアと材料の進歩により重点を置いていますが、ソフトウェアの革新は遅れをとっています。

ただし、AMを工業化に向けて前進させる次世代のソフトウェアツールを開発する企業が増えているため、既存のギャップは埋められつつあります。

以下では、3D印刷ソフトウェア市場を形作る主要な開発とトレンドのいくつかを見ていきます。

1。ソフトウェアの相互運用性の探求

アディティブマニュファクチャリング業界は、よりシンプルで高速な設計準備ワークフローに向かっています。これを達成するための鍵は、より優れたソフトウェア統合の導入です。

一般的な設計プロセスでは、エンジニアはコンピューター支援設計（CAD）システムでソリッドモデルを作成します。次に、それを三角形のモデルに変換して、印刷適性チェックを実行し、パーツをビルドトレイに配置し、構造を最適化して重量を減らし、サポートを追加し、シミュレーション分析を実行する必要があります。これらの手順の多くでは、設計者とエンジニアはさまざまなプログラムと複数のファイル形式を使用します。

モデルを印刷できるようにするために必要なこの膨大な数の設計準備ツールは、AMワークフローに複雑さの層を追加します。設計データをさまざまな設計環境に変換して転送すると、多くの場合、コストのかかるミスや遅延が発生する可能性があります。そしてこれは、企業が複数のソフトウェアパッケージを使用するために支払うであろう多額のライセンス料についても言及していません。

この課題を克服する1つの方法は、ソフトウェアの相互運用性を高めることです。

AM設計プロセスのコンテキストでは、相互運用性は、印刷用のモデルを設計するために必要なツール、ステップ、および労力の数を減らすのに役立ちます。これを実現する1つの方法は、面倒なデータ変換を行わずに、さまざまなソフトウェアツールで設計データを交換して利用できるようにすることです。

今日では、従来はAM固有のソフトウェアに見られ、大規模なソフトウェア会社によって開発されたCADソフトウェアに移行する機能が増えています。 AM設計機能の一般的なCADへの統合は、ソフトウェアの統合、買収、または内部での機能の開発など、さまざまな方法で実現できます。

最大の例の1つは、2015年にオートデスクがAM設計ソフトウェア会社Netfabbを買収したことです。この動きにより、オートデスクはNetfabbをFusion 360設計およびエンジニアリングツールに接続し、ユーザーにとってはるかにシンプルな3D印刷設計環境を作成できました。

より最近の例では、スウェーデンを拠点とするグローバルテクノロジー企業であるHexagon ABが、AM用のトポロジー最適化ソフトウェアのドイツのプロバイダーであるAMendateを買収しました。 AMendateは、コンピューター支援エンジニアリング（CAE）シミュレーションソフトウェアとサービスを提供するHexagonのMSCソフトウェア部門に追加されます。

Altair、Dassault Systems、PTCなどの他の企業も、CADソリューションの範囲内でAM設計機能を開発しています。

AM設計プロセスのステップを統合および合理化する傾向は、一夜にして変化することはありませんが、今後もさらに強くなるでしょう。とはいえ、このマイルストーンを達成することで、設計の反復を高速化するための障壁が取り除かれ、最終的に3D印刷ユーザーは複雑なモデリングタスクを合理化できるようになります。

2。 STLを置き換えるために移動しますか？

最も一般的な3D印刷ファイル形式であるSTLの使用を再検討しない限り、相互運用可能なワークフローを作成することはほぼ不可能です。

STLファイル形式は、CADソフトウェアがファイルを送信して3Dオブジェクトを印刷できるようにするために1980年代半ばに発明されました。 STLを使用すると、CADのデザインがSTLファイルとしてエクスポートされます。このファイルは、3次元オブジェクトを一連のリンクされた三角形（ポリゴン）として記述します。

業界では多くの進歩が見られますが、STL形式は30年以上ほとんど変更されていません。 3D印刷業界が発展し進化し続けるにつれて、特に3D印刷を使用して複雑な製造部品を設計する場合、STL形式の制限がより容易に明らかになりました。

STLファイルを使用する際の課題の一部を次に示します。

〜複雑または大きな幾何学的形状や構造を正確に定義することは困難な場合があり、非現実的に大きくなる可能性のあるファイル（数ギガバイトなど）を作成する必要があります。これらのファイルは3Dプリンターに送信するのに長い時間がかかり、場合によっては3Dプリンターがファイル全体を受け入れることができないほど大きくなる可能性があります。

〜フォーマットは、色、テクスチャ、または素材に関する情報を指定していません。

〜STL形式では、著作権やファイルのセキュリティに関連する情報など、デザイン以外のデータを埋め込むことはできません。

〜ファイルの変更は難しいです。ファイル形式ではマイナーな変更とメジャーな変更を区別できないため、変更を加えるとワークフロー全体を最初からやり直す必要があり、設計プロセスに時間がかかる可能性があります。

過去数年にわたって具体化されてきたトレンドの1つは、STLファイルの必要性を排除するソリューションの開発です。それらの1つは、より効率的なファイル形式の開発です。

たとえば、2015年に最初に設立された3MFコンソーシアムは、新しいユニバーサルでオープンソースの3Dを確立することを目的としています。 3MFと呼ばれるファイル形式で、STLを悩ます問題はありません。

過去2年間で、Materials and Properties、Production、Beam Lattice、Sliceの4つの拡張機能を含む、3MFへの多数の更新がありました。 VolumetricおよびLaserTool Path拡張機能はリストの次であり、現在開発中です。

さらに、3MFには、ファイルサイズが小さい複雑な形状データ、1つまたは複数のテクスチャ、複数のカラーデータなど、STLでは利用できないいくつかの組み込み機能が満載されています。

その明らかな利点にもかかわらず、3MFファイル形式は業界内でかなりゆっくりと採用されています。皮肉なことに、イノベーションと密接に関連しているAM業界は、STLの使用に慣れており、より効率的な形式への切り替えに消極的です。

STLがすぐになくなるとは予想されていませんが、AMユーザーは、最終的に3D印刷用のデザインを準備するためのアプローチを再検討する必要があります。新しいファイル形式を使用することは、最新の設計準備のニーズをサポートする手段の1つになる可能性があります。

3。ワークフローソフトウェアに新たに焦点を当てる

ワークフロー管理ソフトウェアは、3D印刷ソフトウェア市場で驚異的な成長を遂げています。この成長の最大の推進力の1つは、AM本番ワークフローの自動化とスケーラビリティの向上の必要性です。

IDtechExによる最近のレポートのグラフは、ワークフロー管理ソフトウェアの収益が次の段階で急増することを示しています10年、このセクターの明るい未来を約束します。

企業がAMを業務に統合し始めているため、手動で非効率的なワークフロー手法に直面しています。たとえば、多くのAMオペレーターや技術者は、注文を手動で管理し、ビルドステータスを確認し、印刷後に部品を特定するために多くの時間を費やす必要があります。これにより、運用上のボトルネックが多数発生し、AM生産のスケーリングと効果的な管理が困難な作業になります。

ワークフローの非効率性を克服するために多くの進歩があり、ワークフロー自動化ソフトウェアが重要なソリューションの1つです。

基本的に、AMFGなどのワークフローソフトウェアプラットフォームは、注文管理、生産スケジューリング、ビルドステータスの監視、後処理チェックなど、AMワークフローのさまざまな段階をリンクするエコシステムを確立するのに役立ちます。目標は、生産計画を作成し、合理化されたデジタル化されたプロセスを制御することです。

その結果、企業は、サービスビューローであろうと社内のAMショップであろうと、AMをより広範なデジタルインフラストラクチャに統合しながら、AMワークフローをエンドツーエンドで管理できるツールを利用できます。

4。 AMシミュレーションソフトウェアの役割の拡大

シミュレーションソフトウェアは、3D印刷が生産可能なテクノロジーに変わるにつれて、これまで以上に大きな役割を果たします。シミュレーションは通常、デザインが印刷に送られる前に印刷の失敗を最小限に抑えることを目的として、印刷プロセス中に材料がどのように動作するかをデジタルで再現するためにデザイン段階で使用されます。

その約束にもかかわらず、3D印刷プロセスのシミュレーションは、シミュレーションプロセス中に考慮に入れる必要のある変数が大量にあるため、困難です。

「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。これは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ありません」とANSYSの最高技術責任者であるDaveConover氏は、AMFGとの最近のインタビューで語っています。

ただし、シミュレーションテクノロジは急速に進化しており、ソフトウェアベンダーは引き続き製品を改良しています。エンジニアリングソフトウェア会社のANSYSはその一例です。 2019年の初めから、同社は多くの新機能を備えた3つの主要なアップデートをリリースしました。

際立っている更新の1つは、ANSYS AdditivePrepです。このツールは、ANSYS AdditiveSuiteおよびANSYSAdditivePrintソフトウェアパッケージの一部です。

その機能の中には、エンジニアがAMビルドの向きがサポート構造、ビルド時間、歪み、および全体的な印刷パフォーマンスにどのように影響するかを予測するのに役立つヒートマップを作成する機能があります。

最新のR3リリースでは、ANSYS Additive Prepも新しいビルドプロセッサで拡張されており、ユーザーはビルドファイルをAMマシンに直接エクスポートできるため、STLファイルを使用する必要がありません。

さらに、MSC Softwareは、金属3D印刷プロセスのシミュレーション用の次世代Simufactソリューションをリリースしました。

このアップデートは自動化に重点を置いています。過熱または十分に加熱されていないゾーンを特定し、亀裂、収縮線、リコーターの接触などの問題を発生前に予測しながら、最終部品の歪みを補正してサポート構造を自動的に最適化できます。

この分野で進行中の開発は、AMの高度なシミュレーションソリューションの必要性が高まっていることを示しています。業界は、信頼性が高く再現性のある結果をもたらす3D印刷製品の製造方法を知りたがっています。ここで、シミュレーションが重要な役割を果たすことができます。

わくわくすることに、AMシミュレーションの進歩は、相互運用性、自動化、使いやすさの簡素化など、他の3D印刷ソフトウェアのトレンドと密接に関連しています。

5。ソフトウェアはよりスマートになっています

3D印刷ソフトウェアと人工知能（AI）を組み合わせることは、業界内の次の大きなトレンドです。この組み合わせにより、3D印刷の設計、製造、ワークフローのプロセスを強化できます。

設計の面では、AIと設計ソフトウェアを組み合わせると、エンジニアが予期しない設計オプションを探索できるジェネレーティブデザインツールが得られます。このプロセスでは、高さ、パーツがサポートする必要のある重量、強度、材料オプションなどの基本的なパラメータを入力して、設計問題を定義します。 AIとクラウドコンピューティングを使用して、ジェネレーティブデザインソフトウェアは、指定されたパラメーターを満たす無数のデザインオプションを考え出します。

ジェネレーティブデザインソフトウェアは、人間の心だけでは考えられないようなデザインソリューションでエンジニアリングの課題を解決することができます。

3D印刷は、ジェネレーティブデザインソフトウェアの進歩を推進する重要なテクノロジーの1つであり、AIで生成されたデザインを実現する唯一の方法であることがよくあります。

よりスマートなデザインに加えて、ソフトウェアも進化して、3Dプリントによる制作の再現性を高めています。

たとえば、Markforgedは最近、AIを利用したソフトウェアであるBlacksmithをリリースしました。これにより、3Dプリンターでプログラミングとパラメーターを調整して、最適な印刷結果を確保できます。 Blacksmithを強化する機械学習アルゴリズムにより、ソフトウェアは以前の部品製造から学習できるため、部品は毎回より正確で正確になります。

これを実現するために、インテリジェントソフトウェアは設計を分析し、検査装置からキャプチャされたスキャンされた部品データと比較し、エンドツーエンドのプロセスを動的に適応させて、最終的に目的のCADファイルに完全に適合する部品を製造します。

最後に、AIを利用したソフトウェアの導入により、3D印刷ワークフローもよりスマートになりつつあります。

3D印刷ワークフローは非常にデータ量が多いため、注文状況、機械および材料のデータに関する多くの情報があり、監視および収集できるだけでなく、分析および処理も可能です（また、そうする必要があります）。そして、これがAIが役立つところです。

マシン分析機能により、ソフトウェアは収集されたデータを分析し、本番運用の改善が可能な場所を提案できます。最終的には、主要なボトルネックがどこにあるか、およびAMを最大限に活用するためにプロセスを最適化する方法についての可視性が向上します。

ソフトウェア：3Dプリントを工業化するための鍵

3D印刷の3つの主要な柱（ハードウェア、材料、ソフトウェア）の中で、後者は最も進んでいません。しかし、企業が3D印刷などのデジタル技術には、成長と進化をサポートするためのデジタルソリューションが必要であることを認識しているため、状況は変化しています。

現在、主要なソフトウェアプロバイダーと新興企業は、AMを進歩させるためのソフトウェアツールの開発を模索しています。シミュレーションソフトウェアを介して再現可能な印刷結果を可能にするために多くの努力が払われています。同時に、設計準備とプロセス管理ワークフローのボトルネックを克服するための多くの活動があります。

最後に、3D印刷とAIの融合により、3D印刷の設計と製造の新しい可能性が形作られています。

これらすべての開発を組み合わせることで、ソフトウェアは、3Dプリントを現在および将来の主要な生産技術の1つにするというパズルのピースになりつつあります。