専門家インタビュー：3D印刷用のシミュレーションソフトウェアに関するAltairのRavi Kunju

よりシンプルで高速な設計準備ワークフローを実現することは、3D印刷業界内で進行中の探求です。アディティブマニュファクチャリングの設計は複雑なプロセスであり、独自の課題と機会があります。

したがって、エンジニアがAMの設計の柔軟性を最大限に活用できるようにするには、関連するツールが必要です。 Altairは、これらのソリューションを開発しているそのような会社の1つです。 Altairは、製品開発、高性能コンピューティング、データ分析の分野でソフトウェアとクラウドソリューションを提供するグローバルテクノロジー企業です。

今週のエキスパートインタビューでは、RaviKunjuのシニアVPと話をします。 Altairでのビジネス開発と戦略、シミュレーション駆動型設計。 Raviを使用して、最近発売されたAltair Inspire Print3Dソフトウェアツール、3D印刷用のシミュレーションソフトウェアの現状について詳しく学び、Altairソリューションによって実現されるエキサイティングなAMアプリケーションのいくつかを探ります。

Altairと解決しようとしている課題について少し教えてください。

私たちは、製品設計、製品開発、高性能コンピューティング、さらにはデータ分析の分野でソフトウェアとクラウドソリューションを提供するグローバルテクノロジー企業です。

私たちのビジョン、および私たちがビジネスを行ってきた30年以上の間に行ってきたことは、シミュレーションテクノロジー、データ分析ソリューション、および業界をリードする設計最適化ソリューションを通じて、製品とビジネスの意思決定を変革することです。 。

私は、Altairのシミュレーション駆動型設計製品を担当しています。

最近、Altair InspirePrint3Dソフトウェアをリリースしました。提供しているさまざまなソフトウェアソリューションについて説明していただけますか？

Altair Inspire Print3Dは、当社が提供する多くのソリューションの1つにすぎません。

Altairは、長年にわたって最適化の分野でリーダーを務めてきました。板金成形、鋳造、押出成形、射出成形など、あらゆる種類の製造方法の設計を作成するために、最適化技術を使用しているお客様がいます。また、当社のテクノロジーを使用して、パフォーマンス要件をよりよく理解し、製造プロセス専用のジェネレーティブデザインを作成します。

その文脈では、スペクトルの両端を理解することが重要です。 1つはデザインを推進するものであり、もう1つは製造したいデザインができたら何が起こるかです。これらの要素は、プラットフォーム上で一緒になります。

Inspireプラットフォームで行ったことの1つは、シミュレーション主導の設計プロセスを前面に出し、設計者が設計を完全に認識しながら、設計を非常に簡単に理解して推進できるようにすることです。製造プロセス。

製造プロセスを設計要件から分離することは賢明ではないため、プラットフォームを介してすべてを1つの環境に配置しました。

つまり、Inspire Print3D 2つのことに焦点を当てています。 1つは、Inspireプラットフォームの下で、ユーザーがAMプロセス専用のデザインを生成できるようにすることです。製造プロセスを満たすために設計を推進する特定の製造ルール（制約）を使用します。

2つ目は、すべてのパフォーマンス要件を取得して組み合わせ、高度な数値手法を使用して、選択的レーザー溶融（SLM）または熱溶解積層法（FDM）またはバインダー噴射（MJF）の設計を自動的に生成することです。またはワイヤーアークアディティブマニュファクチャリング（WAAM）。

したがって、Print 3Dモジュールを使用すると、デザインを生成できるだけでなく、作成した新しいデザインのパフォーマンスを仮想的に検証することもできます。

Print3Dの最初のリリースでは、ユーザーは選択的レーザー溶融プロセスをシミュレートできます。高度な熱機械シミュレーションがこの環境に組み込まれており、3D印刷中に発生する可能性のある歪み、高応力、破裂などの製造上の問題を評価します。設計者は、デザインを生成してサポート構造を追加し、印刷する前に1つの環境内ですべての問題を修正できます。

私たちが目にする最大のメリットは、今日、顧客がAMで何をしているのかを見ると、通常、最適な設計を作成するためのアプローチが最適ではないことです。さらに、デザインを思いついたら、サポート構造を導入して、パーツを印刷できるようにし、後で問題があることを発見します。これらすべてのステップには、個別のソフトウェアソリューションがあります。

Altairは、ユーザーが1つの環境内で部品を設計および評価できるようにすることで、これらすべてを排除します。

今日の金属AMに関連するコストの約45％は、除去のサポートに起因する可能性があることはよく知られています。デザインルール（制約）を効果的に使用することで、エンドユーザーはサポートが最小限またはゼロのデザインを作成できます。また、ユーザーがサポート構造を作成し、熱機械シミュレーションを通じてその有効性を理解できるようにします。ここでは、ビルド、冷却、サポートの削除をシミュレートし、その後のスプリングバックと関連する歪みを予測して、ダウンストリームの障害を回避できます。

これが、Inspire Print3Dの機能です。エンドユーザーは、1つの環境でデザインを考案、評価、検証できます。したがって、Altair Inspireは、エンドユーザーが軽量で高性能な設計を作成すると同時に生産性を向上させるのに役立ちます。

AMの設計、シミュレーション、トポロジー最適化ソフトウェアの現状をどのように説明しますか？

Altairは、添加剤だけでなく、すべての製造プロセスにおいて、トポロジー最適化とジェネレーティブデザインのリーダーとして長年活躍してきました。最適なデザインを作成するために、毎日5,000を超えるお客様が当社の製品を使用しています。

しかし、すべてのジェネレーティブデザインツールが似ているわけではありません。主要な問題を解決するための最良の数値手法があり、さまざまなパフォーマンス基準を採用し、ケースをまとめて製造上の制約と組み合わせて、その設計プロセスに非常に固有の設計を作成するのは私たちだけです。

設計を推進および生成するには、パフォーマンス要件と製造プロセスという2つのことを十分に理解する必要があります。

たとえば、金属鋳造を行っていて、犠牲的で高価なコアを使用したくない場合、またはパターンを効率的に削除するためにアンダーカットのない形状を作成したい場合ダイキャビティから;軽量設計を生成するには、適切な製造上の制約をパフォーマンス製造と組み合わせる必要があります。

有機的なデザインを生み出すことができるツールはたくさんあり、人々はこれが必要なすべてであると考える傾向があります。しかし、実際には、それはほんの始まりに過ぎません。製造プロセスと、特定のプロセスに最適な設計を確実に理解する必要があるからです。製造要件を理解していない場合は、最適な形状を生成するだけでは不十分です。

ジェネレーティブデザインスペースでは、使用できる数値アプローチが多数あります。たとえば、いくつかの設計変数を混乱させて数千の設計を生成し、「これらのさまざまな形状とサイズをすべて変更すると、千の設計が得られ、それぞれを評価して、最適なものを特定できます。 'これは、特定のコンポーネントレベルの最適化にとって、最適ではなく、時間と費用がかかる可能性があります。あなたは良い解決策を得ることができないかもしれません。

今日のシミュレーション側では、AMは主にプロトタイピングに限定されています。しかし、Altairは、お客様が1回限りの部品以上のものを作るためにプロセスを変革するのを支援するための探求に取り組んできました。バインダー噴射のような他の方法論を探求できますか？砂の印刷を行ってから、鋳物を砂型に注ぐハイブリッド鋳造を検討できますか？これらのオプションのいくつかを検討して、お客様の能力を容量に変換できますか？

これは、固有の製造要件を深く理解するための私たちの探求です。今日、私たちは、製造方法の最新の設計を使用して、高性能の軽量部品、および工具と組み立てを作成するリーダーです。

設計ソフトウェアのおかげもあって、達成されたアプリケーションのいくつかについて話すことができますか？

初期の採用者は、大量ではなかったため衛星および航空宇宙企業でしたが、高度に最適化された軽量の設計が必要でした。複雑な負荷がかかるEADS用のEOSを使用して、望遠鏡ブラケットやその他のブラケットを設計しました。

BMW、フォード、GMなどの自動車会社とも協力しています。プロトタイピングの実行可能なオプションとして積層造形を模索している世界中の企業。

スライスすると、直接3D印刷だけでなく、従来の製造と添加剤を組み合わせたハイブリッド製造も豊富に見られます。つまり、たとえば、鋳造用のコアと金型の砂3D印刷です。

2番目の領域は、プラスチック射出成形用の金型です。キャビティを形成する金型アセンブリが、除去する必要のあるフラッシュを誘発する加圧サイクル中に分離しないことが重要です。荷重下での完全性を維持するために、ジェネレーティブデザインを使用して、金型全体を構造的に最適化できます。

構造の最適化に加えて、急速な冷却が必要な領域を包むコンフォーマルな冷却ラインを使用して、熱抽出を最適化することもできます。このような有機構造は、3Dプリントに最適です。

私たちはこれらの例でPROTIQと協力しており、サイクルタイムはほぼ9秒から3秒になります。したがって、1日に100万個の部品を製造している場合、1日に300万個の部品を製造できます。これは、生産性を3倍に高め、射出成形プロセス用に金型を最適化できることを意味します。

また、ロボットエンドに設計最適化と3D印刷が使用される多くのアプリケーションがあるロボット産業とも協力しています。 -腕のグリッパー。グリッパーはすぐに摩耗する傾向があるため、組立ラインの中断を防ぐためにすぐに交換する必要があります。

非常に大きな構造物については、最近、3DプリントされたロボットアームでMX3Dと協力しました。 MX3Dは3D印刷会社であり、独自のワイヤーアークベースの技術を使用して大きな金属構造を製造しています。

ソフトウェア対応のMX3Dは、ロボットアームの設計を最適化して、印刷の制約を考慮しながら、元の重量の半分以上を削減します。このプロジェクトでは、当社のエンジニアがジェネレーティブデザインのカスタマイズを使用して、3Dプリントされたロボットアームの最も効率的な形状を考案しました。

3Dプリントの恩恵を受けることができる多くの防御アプリケーションもあります。たとえば、戦闘車両の一部が故障した場合、交換部品が到着するのを待たずに、この部品をすぐにローカルで印刷できるようにする必要があります。これは、図面がない可能性のあるレガシーパーツの場合に特に当てはまります。

当社のソリューションは、医療用3Dプリントの分野でも使用されています。たとえば、装具会社のAndiamoは、3D印刷を使用して、より適切な装具デバイスを作成しています。装具を作る伝統的な方法は、胴体の手足を石膏で包み、それを切り取って手作業で製造することです。

Andiamoのプロセスでは、石膏ギプスの必要がなくなり、代わりに体のデジタル3Dスキャンから始めて、設計を開始するための非常に正確なモデルを作成します。このプロセスには、子供に完全にフィットすることを保証するための多数のシミュレーションも含まれます。

また、バインダージェットなどの3D印刷プロセスへの関心も高まっています。この分野では、DesktopMetalやExOneなどのパートナーと協力しています。 Formnextでバインダー噴射アプリケーションを紹介し、FDM、SLM、ハイブリッドキャスティング、バインダー噴射プロセスを使用して自転車ブラケットを作成するプロセス全体を説明しました。

業界をより一般的に見て、2020年の重要な進展のいくつかとして何を考えていますか？

業界は非常に速く動いています。 AMイベントに行くたびに、プリンターメーカーと材料サプライヤーの数が前年比でほぼ2倍になっていることは明らかです。競争が激化する中、コストが削減されることを非常に確信しています。これは、現在、積層造形側の大きな抑止力です。

プレーヤーの数が増えると、おそらく最終消費者を助けるでしょう。

たとえば、歯科業界を見てください。消費者が新しいクラウンを修理したい場合、歯科医は単に歯のスキャンを行い、2〜3日で印刷するためにスキャンを送信するため、これは最も成熟したものの1つです。そのサイクルは、他の業界でも達成する必要があります。そして、それが2020年も誰もが目指して努力し続けることです。

3D印刷の採用をさらに加速するために、まだ克服する必要があると思われる課題はありますか？

互いに絡み合っている多くの課題があります。

一番はコストです。コストは明らかに部品のサイズと生産量に関係しており、どのタイプの製造方法を使用するかが決まります。添加剤の中でも、たとえば、選択的レーザー溶融または金属バインダー噴射のいずれかを使用することをお勧めします。

2番目の側面は認証です。部品が耐荷重部品であるか、セーフティクリティカルな部品であるかに応じて、どのように部品を認証できますか？そして、再現性のレベルはどれくらいですか？

今日の課題は、コストを管理できず、再現性が低いことです。パーツが特定のプリンターで印刷されている場合、そのパーツが別のプリンターで別の場所に印刷されていれば、同じ仕様を達成できますか？パーツがまったく同じように動作する可能性はどのくらいですか？その結果、ミクロレベルで起こっている物理学を正確にモデル化できるようになるという課題が生じます。

これにより、ユーザーは、最終的な部分をさまざまなプラットフォームや場所で一貫して印刷できると確信できるかどうかという疑問が生じます。

業界全体の基準と材料の認定を確立するという点で、実行する必要のある作業はたくさんあります。材料サプライヤー、プリンターメーカー、ソフトウェアプロバイダー–全員が集まって、軽負荷または重負荷のセーフティクリティカルパーツの許容公差に関して特定の基準を確立する必要があります。内部の多孔性および/または外部の表面品質を満たすという観点から。

鋳造、鍛造、板金などの歴史を見ると、たとえばAmerican Foundry Societyのように、何年にもわたってそれらすべてに関連性がありました。全員を集めて標準を作成することに専念している多くの組織があります。今日、AM市場はすべての分野で爆発的に拡大していますが、最終的には、すべてをまとめて標準を作成し、すべての業界プレーヤーが同じページにいることを確認する必要があります。

最後に、Altairの1年先はどうなるでしょうか。

今後も、ユーザー向けのシミュレーションソリューションをさらに開発していきます。アディティブマニュファクチャリングプロセスについては、テクノロジーユーザーがプロセスを検証し、それに伴う不確実性を理解するのに役立つソリューションを引き続き開発します。

最終的に、私たちは3つの主要な柱に焦点を当てます。パフォーマンスを理解すること、2つのことを組み合わせてデザインを作成すること。パフォーマンス、および製造プロセス自体。それらはすべて密接に関連している必要があり、私たちはお客様が設計を推進するためにパフォーマンスと製造プロセスを可能な限り正確に検証できるよう支援するという使命を継続します。

これからも、物理学とハイパフォーマンスコンピューティングおよびデータを組み合わせていきます。物理学を理解することで解決できる問題もあれば、機械学習で解決しなければならない問題もあるため、これらすべてをまとめる必要があります。私たちは、開発中のすべてのテクノロジーを組み合わせて、お客様にとってより効率的で収益性の高いものにするよう努め、最終目標は、お客様がより良い意思決定とより優れたパフォーマンスを発揮できるよう支援することです。