4 desafíos de fabricación aditiva que se pueden resolver con software

Cuando se trata de adoptar la fabricación aditiva, la mayoría de las empresas descubrirán que no se trata simplemente de comprar una máquina y producir piezas de inmediato.

Para todos los beneficios de la impresión 3D, implementar con éxito la tecnología significa considerar una serie de factores. ¿Qué herramientas de diseño se utilizarán? ¿Cómo garantizará un proceso de gestión del flujo de trabajo sin problemas? ¿Y qué hay de la seguridad?

Tratar de encontrar respuestas a todas estas preguntas puede, en ocasiones, ser abrumador para las empresas que buscan adoptar la impresión 3D con fines más allá de la creación rápida de prototipos. Afortunadamente, han surgido soluciones de software para ayudar a resolver estos desafíos en las distintas etapas del flujo de trabajo de AM. Estas soluciones permiten que la impresión 3D supere sus limitaciones y se convierta en una tecnología de fabricación verdaderamente digital.

A continuación, exploramos las formas en que varios software están ayudando actualmente a lidiar con cuatro desafíos clave que muchas empresas enfrentan cuando implementan AM por primera vez.

1. Diseñar para aditivo

La fabricación aditiva está ampliando los límites de lo que es posible con el diseño industrial. Cuando se combinan con las tecnologías de impresión 3D, las herramientas de diseño avanzadas, como la optimización topológica y el software de diseño generativo, ayudan a superar las limitaciones de diseño convencionales, poniendo en primer plano nuevas posibilidades como las estructuras de celosía y la consolidación de piezas.

Dicho esto, el diseño de aditivos sigue siendo un desafío para muchos ingenieros.

Una razón de esto es la tendencia a ver el diseño de AM a través de la lente de la fabricación tradicional. Sin embargo, la simple aplicación de enfoques de diseño tradicionales a la fabricación aditiva no funcionará, ya que los requisitos para cada uno son muy diferentes.

Al diseñar para AM, habrá muchas consideraciones a tener en cuenta, incluidas las estructuras de soporte (¿cuántas? ¿Dónde deberían ubicarse?) y la orientación de las piezas, por nombrar solo algunas. Los problemas que surgen con estos y otros elementos de diseño pueden generar más ineficiencias durante las etapas de producción y posprocesamiento.

Tome las estructuras de soporte como ejemplo. Los soportes se utilizan para evitar problemas como la distorsión y el colapso de una pieza. Particularmente con la impresión 3D de metal, los soportes son prácticamente siempre una adición vital al proceso de diseño.

Es útil minimizar el número de estructuras de soporte al diseñar para AM, ya que esto ayuda a reducir el tiempo de impresión y posprocesamiento, así como la cantidad de material utilizado. Una de las formas de reducir la cantidad de soportes es rediseñar una pieza para que necesite la menor cantidad de soportes posible. Sin embargo, rediseñar una pieza para eliminar los soportes o integrarlos en el producto en sí puede ser un proceso que requiere mucho tiempo, si se hace manualmente.

Para facilitar un poco el proceso, soluciones como Autodesk, Additive Works y Materialise ofrecen formas de automatizar la creación de soporte mediante software.

Por ejemplo, e- de Materialise El software Stage for Metal puede generar automáticamente estructuras de soporte para componentes metálicos. Según la empresa, los diseñadores pueden reducir el tiempo de generación de soportes en un 90%. Los soportes resultantes son delgados y fáciles de quitar y, según se informa, pueden reducir el tiempo dedicado a la extracción del soporte metálico en un 50%.

Encontrar la orientación correcta de la pieza es otro desafío común que se enfrenta durante el proceso de preparación de diseño y construcción.

Orientar y anidar correctamente (colocar las piezas de manera óptima en la plataforma de construcción) las piezas tiene la ventaja de ayudar a lograr una combinación del mejor tiempo de impresión posible, la calidad de la superficie y el consumo de material.

También están empezando a surgir soluciones de software, desarrolladas para ayudar con la tarea de preparar una construcción impresa para imprimir (también conocida como 'preparación de la construcción').

Herramientas de preparación de la construcción Permitir a los usuarios optimizar los diseños 3D, preparándolos para la impresión. Los ingenieros pueden utilizar herramientas de preparación de la construcción para establecer la orientación y la posición óptimas de la pieza en la placa de impresión, establecer los parámetros de impresión e identificar cualquier problema de diseño antes de imprimir.

Las empresas mencionadas anteriormente brindan funcionalidad de preparación de compilación como parte de sus ofertas de diseño y CAD. Además de eso, un ejemplo novedoso proviene de Betatype, una empresa emergente con sede en Londres. La empresa ha desarrollado su propio enfoque para optimizar el proceso de preparación de impresión para la impresión 3D de metal. Su plataforma de procesamiento de datos, Engine, utiliza una variedad de algoritmos de optimización, que la empresa utiliza para reducir el tiempo de impresión y maximizar el uso de la máquina.

Un estudio de caso reciente de Betatype ofrece un vistazo a sus modelos de optimización para la producción de implantes ortopédicos.

Uno de los enfoques más interesantes consistió en apilar numerosos implantes mediante el uso de soportes especiales para nodos de celosía. Este enfoque permitió a la empresa hacer un uso completo de todo el espacio de construcción de la impresora 3D. Además, permitió la remoción del soporte mediante técnicas de pulido con chorro de arena, eliminando la necesidad de remoción manual del soporte.

La impresión 3D de más piezas en una sola construcción y la reducción de la necesidad de posprocesamiento es una fórmula ganadora, que ayuda a reducir costo por pieza para la impresión 3D de metal al tiempo que se logra una amortización de la máquina más rápida. El ejemplo de etatype ilustra cómo se puede lograr esto con la ayuda de un software potente.

El proceso de optimización del diseño para la fabricación aditiva puede ser bastante exigente. Sin embargo, con el diseño moderno y el software de preparación de la construcción, los diseñadores e ingenieros pueden encontrar una estrategia óptima de diseño, orientación y soporte para ayudarlos a lograr una producción consistente y rentable.

2.Prueba y error con impresión 3D de metal

La impresión 3D de metal está evolucionando rápidamente, pero la tecnología aún requiere un poco de prueba y error para imprimir con éxito piezas de metal en 3D. Para ser viables para la producción, los procesos de AM de metales deben ser predecibles y repetibles. Sin embargo, la realidad es que las tasas de fracaso siguen siendo bastante elevadas.

Cuando se trata de la impresión 3D de metal, hay una serie de variables que pueden afectar la calidad de una pieza, incluida la calidad del material, el grosor de la capa, la potencia del rayo o láser y el flujo de gas.

Por lo general, los ingenieros deberán probar diferentes parámetros de impresión para encontrar la combinación correcta que les permitirá completar el proceso de impresión con éxito. Sin embargo, esto hace que la impresión 3D de piezas de metal sea difícil de lograr la primera vez, lo que lleva a muchas pruebas costosas y que requieren mucho tiempo.

El software de simulación es una forma de aumentar las posibilidades de éxito al imprimir piezas metálicas en 3D. La simulación se puede utilizar para modelar el comportamiento de una pieza en una variedad de condiciones. Pero con la impresión 3D de metal, la simulación se utiliza cada vez más para proporcionar una idea del proceso de fabricación en sí.

Tomemos ANSYS como ejemplo. La compañía de software de ingeniería ofrece una gama de herramientas de simulación y diseño, destinadas a ayudar a los ingenieros a lograr piezas metálicas impresas en 3D con éxito. Su oferta Additive Suite permite a los usuarios analizar las propiedades de la microestructura y el comportamiento de una pieza antes de que comience el proceso de impresión.

“Con la llegada de la fabricación aditiva, vimos que no solo existía la necesidad de simular la producto y cómo se utilizará, sino también para simular el proceso en sí, debido a la naturaleza del proceso de fabricación aditiva. Esto incluye observar cosas como la distorsión de la pieza y la posible fractura y agrietamiento ", dice Dave Conover de ANSYS.

La simulación del proceso de impresión permite a las empresas construir un modelo, observando las diferentes fases del proceso de construcción. Por ejemplo, un modelo de este tipo puede capturar cómo se calentará, fundirá y solidificará el material en la máquina. Esta información, generada por el software de simulación, se puede utilizar para predecir la estructura, la porosidad, la distorsión y la tensión residual del material, lo que permite a los ingenieros ajustar los parámetros del proceso para evitar problemas potenciales.

La empresa de software Simufact ha demostrado cómo se puede aplicar la ingeniería virtual para reducir el número de pasos de prueba durante la fabricación de una bisagra de capó. En un proyecto de colaboración con EDAG y voestalpine, el software de Simufact se utilizó para simular la distorsión y las tensiones residuales en el componente impreso antes de la producción.

Al aprovechar la simulación, los ingenieros pudieron ejecutar el proceso de construcción virtualmente y ver el comportamiento de deformación realista de una pieza. Los datos de simulación resultantes permitieron a los ingenieros obtener información valiosa sobre cómo compensar la distorsión de una bisagra sin perder tiempo y material mediante la impresión de prueba y error.

3. Administrar flujos de trabajo

Ya sea que esté imprimiendo piezas en 3D para clientes como una oficina de servicios o una empresa que utiliza la impresión 3D internamente, organizar y administrar el flujo de trabajo de producción es crucial. Sin embargo, muchas empresas están utilizando herramientas ineficientes para manejar tareas vitales como la gestión de solicitudes, la planificación y programación de la producción, el seguimiento de las piezas y la gestión de los plazos de entrega.

Si bien algunos utilizan varias soluciones de software juntas, incluidos CAD, PLM y ERP, otros confían en herramientas genéricas de gestión de proyectos como Trello o Excel simple. Cualquiera que sea el sistema que se elija, todos conducirán inevitablemente a una serie de desafíos diarios.

Por ejemplo, los gerentes de producción tienen una capacidad limitada para obtener información en tiempo real sobre el estado de la producción cuando utilizan hojas de cálculo. De manera similar, el uso de diferentes herramientas de software a menudo conduce a la reingreso manual de datos, lo que consume mucho tiempo.

Sin un sistema de flujo de trabajo integral adecuado, las empresas tendrán dificultades para medir el rendimiento. , estimar fechas de entrega y, lo más importante, escalar. Este es un punto particularmente importante, ya que cuando la capacidad de producción crece, también lo hará la necesidad de la arquitectura de software adecuada para respaldar este crecimiento.

Para aliviar estos puntos débiles en la gestión del flujo de trabajo, se debe considerar el software de flujo de trabajo, adaptado a las necesidades específicas de la fabricación aditiva. Una plataforma de flujo de trabajo eficiente de extremo a extremo ayuda a agilizar los pasos desde la colocación de pedidos hasta los controles de posproducción, lo que brinda a la empresa una visibilidad completa sobre el flujo de trabajo de fabricación aditiva.

Un ejemplo de ello es Bowman Additive Production. La división de AM del fabricante de rodamientos, Bowman International, está utilizando un software de flujo de trabajo de AM para gestionar cada etapa de su proceso de producción de rodamientos impresos en 3D.

Por ejemplo, el equipo de Bowman puede recibir automáticamente solicitudes directamente a través de su plataforma de software, en lugar de solo por correo electrónico como lo hacía en el pasado. Además, la empresa utiliza el software para asignar piezas a una compilación y comprobar el estado de cada compilación, realizando un seguimiento de la carga de trabajo y la disponibilidad de la máquina.

Con una capacidad de producción en constante crecimiento, la adopción del software de automatización del flujo de trabajo permitió a Bowman optimizar significativamente el proceso de producción, logrando un mayor nivel de eficiencia y rendimiento.

4. Garantizar la seguridad de los datos

Con más empresas adoptando la fabricación aditiva para la producción, proteger la propiedad intelectual y asegurar el hilo digital AM nunca ha sido más importante.

La impresión 3D permite a las empresas mantener inventarios virtuales con diseños digitales de piezas que pueden enviarse a cualquier instalación en todo el mundo y fabricarse in situ y en el lugar donde se necesiten. Al hacerlo, las empresas pueden reducir sus inventarios, reduciendo los costos de almacenamiento.

Sin embargo, el ecosistema totalmente digital de fabricación aditiva plantea algunas preocupaciones de ciberseguridad.

Los archivos digitales contienen datos valiosos sobre cómo se diseñan y deben producirse los componentes. Cuando estos archivos se distribuyen digitalmente, se vuelve un desafío evitar el robo o la manipulación de datos. Esto puede dar lugar a una redistribución y reproducción ilegales de productos, lo que en última instancia puede afectar la integridad de la propiedad intelectual de una empresa.

Para abordar estas preocupaciones urgentes, se están desarrollando soluciones de software de seguridad específicas de AM. Por ejemplo, LEO Lane es una empresa que ofrece una solución basada en la nube para proteger los activos digitales.

Al cifrar el archivo de diseño, no se puede acceder a los diseños sin autorización. El propietario de una propiedad intelectual también puede incorporar instrucciones en un archivo cifrado, controlando la calidad y cantidad de sus piezas y productos cada vez que se producen.

Esto se logra especificando el tipo de máquina en la que se imprimirá el diseño, el tipo de materiales y el número permitido de impresiones, asegurando así que la parte que recibe un archivo no imprima el parte tantas veces como quieran.

Software de AM:un elemento clave para el éxito de la producción

Como hemos visto, cuando se trata de adoptar tecnologías de impresión 3D, el software es una consideración tan importante como el hardware o los materiales.

Para que las empresas utilicen con éxito la fabricación aditiva, la tecnología debe ser repetible, segura y fácil de usar. Estos son los desafíos para los que el software de AM puede ser la solución adecuada.

Desde nuevas herramientas de diseño hasta flujos de trabajo optimizados y seguros, el software desempeñará un papel clave para ayudar a las empresas a establecer sólidas instalaciones de AM, permitiéndoles aprovechar las vastas oportunidades que ofrece la fabricación aditiva.