Piezas de alta calidad exigen CAD/CAM de primer nivel

La pregunta eterna en la fabricación con software CAD/CAM es cómo ayudar a los constructores a fabricar sus piezas más rápido, más barato y mejor, todo el tiempo. Con la última generación de lanzamientos de software CAD/CAM, los desarrolladores continúan modificando sus ofertas agregando nuevas características, incluidas capacidades de diseño generativo, más automatización de procesos de taller de uso frecuente, así como más herramientas para el área emergente de fabricación aditiva.

Además, las simulaciones se han vuelto mucho más críticas, con maquinaria multieje altamente compleja que requiere un cálculo preciso de los elementos de la máquina herramienta para evitar colisiones catastróficas durante los procesos de mecanizado, lo que hace que sea muy deseable que CAD/CAM ofrezca capacidades de visualización integradas.

Entre estas últimas tendencias, el diseño generativo y la fabricación aditiva están avanzando rápidamente a la vanguardia. “Seguimos viendo más aplicaciones para la fabricación aditiva, nuevas capacidades de manejo de materiales y una mayor capacidad y rendimiento de la máquina”, señaló Paul Brown, director senior de marketing, NX Product Engineering, para Siemens Digital Industries Software, con sede en Plano, Texas. "Esto, a su vez, aumenta la demanda de tecnologías CAD, lo que permite a los ingenieros explorar nuevos diseños y adoptar la potencia y la flexibilidad que ofrecen los nuevos métodos de fabricación".

Las empresas todavía buscan optimizar su diseño a través de ciclos de fabricación. Existe un interés continuo en áreas como el diseño para la capacidad de fabricación (DFM), la verificación para aumentar la confianza en la capacidad de fabricar y construir lo que se diseña, señaló Brown.

Adoptar el enfoque generativo

El diseño generativo ha ayudado a los fabricantes a acelerar y refinar el proceso de diseño. Significa diseñar piezas de una manera más eficiente y desarrollar piezas que sean más fáciles de fabricar.

“Con los fabricantes bajo más presión que nunca para entregar mejores productos más rápido y a menor costo, la necesidad de conectar y automatizar los procesos de diseño y fabricación para reducir las iteraciones, los errores y los tiempos de entrega se está volviendo crítico”, señaló Sanjay Thakore, gerente de estrategia comercial, Fusion 360 Go-to-Market Strategy, para Autodesk Inc., un desarrollador de software CAD/CAM con sede en San Rafael, California.

“La combinación de la convergencia de la industria y la nueva tecnología de fabricación está creando nuevas oportunidades de automatización”, dijo Thakore en una entrevista publicada en la edición de septiembre de Manufacturing Engineering. "Los desafíos complejos de diseño e ingeniería se pueden resolver a una fracción del costo [de los procesos de diseño tradicionales] con la tecnología de diseño generativo que se presenta en Autodesk Fusion 360".

El diseño generativo es una herramienta de exploración que genera simultáneamente múltiples soluciones listas para CAD basadas en las limitaciones de fabricación del mundo real, las demandas de rendimiento del producto y los requisitos de costos. "Los ingenieros pueden explorar el espacio de diseño mediante la consideración de múltiples materiales y métodos de fabricación y elegir la opción que mejor equilibre los requisitos de rendimiento y costo", dijo.

Algunas empresas están comenzando a utilizar enfoques generativos para resolver problemas de diseño, señaló Brown de Siemens. “Esto les da más oportunidades de explorar formas y materiales alternativos para resolver un problema”. El desafío es cómo integrarlo en un proceso tradicional. "Con el modelado convergente, tenemos la tecnología que permite a las personas usar diseños generativos que son el resultado de la simulación y las optimizaciones como geometría de modelado central, combinándolos con las técnicas tradicionales de modelado y fabricación", dijo Brown.

Esto se ve impulsado aún más por el uso de la fabricación aditiva que permite formas y enfoques que no se pueden crear utilizando técnicas de fabricación tradicionales, como las estructuras de celosía. Estos reducen drásticamente el peso de los componentes pero mantienen las propiedades mecánicas de rigidez y otros factores.

“Tener capacidades de programación CNC integradas es fundamental para producir piezas terminadas, lo que permite la industrialización de la fabricación aditiva”, dijo Brown. “El uso de este tipo de tecnologías integradas se está expandiendo gradualmente desde el prototipo inicial hasta la producción en masa, ahí es donde se enfoca Siemens”. Dijo que la compañía está analizando cómo habilita la fabricación aditiva a escala industrial, desde el tamaño de trabajo 1 hasta 1000.

Las técnicas de diseño generativo producen formas altamente orgánicas, señaló Alan Levine, director gerente de Open Mind Technologies USA Inc., Needham, Mass., desarrollador del software hyperMILL CAD/CAM. “Estas formas pueden fabricarse con técnicas de fresado tradicionales o técnicas aditivas”, dijo. “Cuando se usa la técnica aditiva, el fresado se usa comúnmente como un proceso secundario para lograr la calidad de acabado superficial deseada”.

Según Levine, un acabado superficial superior para una pieza mecanizada requiere configuraciones precisas en el sistema CAM, portaherramientas de alta calidad y máquinas herramienta precisas. “La mayoría de los sistemas CAM suelen utilizar una malla aproximada sobre la topología de la superficie del modelo. La ventaja de este método es tener un proceso de cálculo uniforme, independientemente de cómo el sistema CAD o los traductores CAD definan las entidades de superficie”, dijo Levine. Open Mind agregó recientemente un modelo de alta precisión para mecanizar directamente en las superficies de las piezas, mejorando la calidad de la superficie.

Crecimiento rápido del aditivo

Las nuevas técnicas para trabajar con aplicaciones aditivas están creciendo rápidamente, especialmente aquellas dentro de los sistemas CAM para la deposición de energía dirigida (polvo o alambre), agregó Levine. “Algunos proveedores de CAM han abordado este potencial de mercado con una nueva estrategia de aditivos o técnicas modificadas que se aplicaron en los sistemas de lecho de polvo”, dijo Levine. “Usando este último, las estrategias de la trayectoria se limitan de alguna manera. Open Mind desarrolló un proceso de programación aditivo que permite que casi todas las trayectorias de herramienta de fresado se adapten para aditivo e incluye la tecnología adicional requerida para este mercado. Esto brinda a los usuarios la libertad de crear un proceso de programación, incluso para estrategias de trayectoria de herramienta 2D y 3D, así como control de cinco ejes cuando sea necesario”.

La fabricación aditiva y la fabricación híbrida (aditiva y sustractiva en la misma máquina) están ganando popularidad. ¿Por qué? La mayoría de los procesos aditivos para metal no dejan un acabado superficial adecuado. Las soluciones híbridas permiten un acabado fresado en la misma máquina y configuración que produjo las porciones de aditivo.

“Estas máquinas son interesantes para los usuarios finales. Open Mind participa activamente en procesos de fabricación aditiva basados ​​en desarrollos de deposición de energía dirigida”, dijo Levine. El uso incluye demostraciones con socios de máquinas, actividades universitarias y de investigación, agregó, y también algunos usuarios finales industriales pioneros que trabajan con mecanizado aditivo e híbrido de metales.

“La tendencia de fabricación aditiva nos lleva hacia los sistemas CAM híbridos”, dijo Chuck Mathews, vicepresidente ejecutivo de DP Technology Corp., Camarillo, California, el desarrollador del software ESPRIT CAM. "Como ejemplo, ESPRIT Additive for Direct Energy Deposition está disponible dentro del sistema ESPRIT CAM de espectro completo y ofrece programación, optimización y simulación para procesos aditivos y sustractivos en una solución integrada".

Mathews dijo que la aplicación Additive de ESPRIT proporciona programación para máquinas herramienta multitarea, multifunción, multicanal, de fresado-torneado, aditivas y sustractivas. Los procesos aditivos y sustractivos se programan, optimizan y simulan juntos en una sola interfaz.

Las técnicas aditivas se están abriendo camino en casi todos los productos CAD/CAM, ya que la fabricación aditiva brinda a los usuarios una libertad de diseño que no se encuentra en los métodos sustractivos tradicionales.

“Estas nuevas técnicas han abierto formas innovadoras de crear piezas que no se podían hacer en el pasado”, dijo Ben Mund, analista senior de mercado de CNC Software Inc., el desarrollador del software Mastercam con sede en Tolland, Conn. “Al combinar las superficies de alta precisión obtenidas con la fabricación sustractiva en proceso con las técnicas aditivas, se logra lo mejor de ambos procesos”, dijo Mund.

El software CAD/CAM debe permitir que el ingeniero controle el proceso aditivo tanto como el sustractivo, con herramientas similares. Mund dijo que hay que buscar funciones como material de soporte, definición de material graduado, junto con técnicas como el anidamiento 3D y la orientación optimizada de la pieza, lo que permite al usuario del software controlar todos los aspectos del proceso de fabricación.

"La fabricación aditiva es parte de nuestra herencia en 3D Systems, y estamos viendo una gran cantidad de fabricación aditiva y sustractiva integrada y paralela en la industria", señaló Daniel Remenak, gerente de producto de GibbsCAM, para el fabricante de máquinas aditivas 3D. Systems Inc., Rock Hill, S.C. “A medida que estos flujos de trabajo se vuelven más comunes, eso influye en las expectativas de los clientes sobre el software de programación, que debe poder ayudar a los programadores a conectar estas tecnologías de manera eficiente. Nuestro producto 3DXpert está dedicado principalmente a flujos de trabajo aditivos, aprovechando nuestra experiencia CAD de toda la empresa para soporte y generación de redes, y nuestra experiencia en mecanizado sustractivo para un motor de corte avanzado y mecanizado posterior a la impresión”.

Remenak dijo que el equipo de GibbsCAM ha estado trabajando con proveedores de máquinas CNC e investigadores en el desarrollo de técnicas dedicadas para programar máquinas híbridas sustractivas y de deposición aditiva durante los últimos años.

Estrategias para una producción rápida

El “pan y la mantequilla” del mecanizado puede residir en la automatización de la funcionalidad de uso frecuente para los usuarios del taller que necesitan resultados rápidos y precisos para fabricar sus piezas con alta calidad, a menudo en grandes volúmenes y a tiempo, todo el tiempo. La clave para esos objetivos son las simulaciones en CAD, que hacen que los talleres sigan funcionando al garantizar que los programas de piezas se ejecuten correctamente, sin colisiones costosas, y el ámbito algo más mundano de las herramientas CAD que se denominan "CAD para CAM" y brindan a los usuarios los conocimientos básicos. -Opciones de tornillos necesarios para fabricar sus piezas rápidamente.

"El enfoque principal de cada una de nuestras funciones y mejoras CAD se basa en la idea de 'CAD para CAM', lo que significa preparar la pieza para la fabricación", dijo Mund de CNC Software. “Es nuestro objetivo número uno. Ya sea que un usuario haya creado una pieza compleja desde cero dentro de Mastercam, o que necesite analizar y reparar áreas problemáticas de una pieza generada en otro sistema CAD, nuestro conjunto de herramientas de estructura alámbrica, superficies y sólidos está disponible para tener todo listo para la máquina. sin demora.”

Mund dijo que varios factores influyen en el diseño CAD/CAM, pero la mayoría implica innovación, reducción de costos, aceleración del tiempo de comercialización y mejora de la eficiencia. “Estamos escuchando constantemente las necesidades de nuestros clientes con respecto a las piezas con las que están trabajando y los problemas que pueden encontrar, para desarrollar nuevas herramientas que hagan posible más cosas dentro del conjunto de herramientas CAD de Mastercam”, dijo Mund. “Cuanto más rápido pueda un usuario crear una pieza nueva o editar una importada para respaldar el proceso de fabricación, más rápido se podrá programar y cortar en una máquina.

Acelerar el tiempo de comercialización es clave, agregó. “Se pueden hacer muchos ajustes dentro de Mastercam con nuestras herramientas CAD, ahorrando el tiempo y el gasto de enviarlo de vuelta al sistema CAD de origen. En este caso, permitimos que los programadores de CAM realicen cambios que respalden el proceso de mecanizado, ya sea diseñando una fijación, creando geometría temporal en proceso o reparando problemas en el archivo CAD original.

“Eficiencia significa usar todas nuestras herramientas con el objetivo de preparar la pieza para la máquina:estructura alámbrica, superficies y sólidos, todos trabajando juntos para ese único propósito”, continuó Mund. Finalmente, la conectividad importa. "En el mundo de CAD, esto puede significar leer partes de cada modelador de CAD compatible con formatos estándar de la industria como IGES y STEP y los propietarios comunes como SAT, DXF, DWG, X_T, etc."

También cree que significa que el modelo CAD en un archivo de pieza Mastercam está asociado a la información CAM; cambie el modelo y las trayectorias son conscientes y se pueden actualizar fácilmente sin tener que empezar desde cero.

Otros proveedores adoptan enfoques similares a CAD dirigidos a usuarios de CAM tradicionales. “Open Mind ha diseñado su base hyperCAD-S (dentro de hyperMILL) para que sea un módulo CAD-for-CAM. Los sistemas CAD populares no siempre brindan la mejor experiencia de usuario para los usuarios de CAM”, dijo Levine. “El enfoque en hyperCAD-S es simplificar las funciones necesarias para controlar un sistema CAM. Algunos ejemplos son selecciones de límites, extensiones de caras y selecciones de filtros, como coplanar y coaxial, y otras funciones para corregir y reacondicionar superficies cuando sea necesario”.

Luego, Open Mind fue más allá y ofreció secuencias predefinidas de utilidades CAD para el usuario de CAM y dentro de las estrategias de CAM, sin necesidad de selecciones subyacentes, agregó.

“Por ejemplo, en la industria de moldes y matrices, los bordes afilados son críticos para hacer coincidir la geometría del núcleo y la cavidad para evitar rebabas durante el proceso de moldeo”, afirmó Levine. "Para obtener un borde limpio y evitar que un cortador ruede sobre un borde, es beneficioso extender estas superficies y guiar el cortador correctamente dentro y fuera de la pieza".

El módulo de acabado de formas de nivel Z de hyperMILL incluye una extensión de tangente automática para simplificar este proceso para el usuario. El resultado son superficies y bordes mecanizados sin selecciones onerosas ni pasos adicionales en el proceso de programación CAM.

Para el mecanizado complejo de varios ejes, las simulaciones son obligatorias y las simulaciones en CAD se han vuelto populares en comparación con algunas de las simulaciones de terceros más caras del mercado. “Seguimos viendo fuertes tendencias hacia máquinas multitarea complejas y un mayor uso y confianza en la simulación de máquinas”, dijo Remenak de GibbsCAM. “Los talleres mecánicos se enfocan en adquirir software que pueda brindar la mejor eficiencia de programación, la mayor productividad en la máquina y herramientas de validación más sólidas con posprocesadores probados y confiables”.

Desvíos de Nixes de posprocesamiento

Sin un buen posprocesamiento o un CAD/CAM completo que funcione con otras soluciones de software de fabricación, los usuarios pueden terminar con desvíos imprevistos. "En nuestra opinión, lo que hace que un sistema CAM sea 'bueno' se reduce a la calidad de su posprocesador y al soporte técnico del proveedor", dijo Mathews de DP Technology. “Cuando las preguntas de programación se responden de manera rápida y precisa, y el sistema produce un buen código, la programación se simplifica y la utilización de la máquina aumenta, mientras que los tiempos de configuración y de ciclo disminuyen”.

DP Technology se esfuerza por brindar el mejor posprocesamiento y soporte técnico disponibles, afirma, y ​​agrega que “la estrategia de ESPRIT es trabajar en estrecha colaboración con los fabricantes de máquinas herramienta y construir un gemelo digital de cada CNC que incluya posprocesadores desarrollados en fábrica y diseñados para producir Código G sin edición y optimizado por máquina”, dijo Mathews. DP Technology respalda a ESPRIT brindando capacitación y soporte técnico directos de fábrica a sus clientes de América del Norte a través de un equipo dedicado de ingenieros de aplicaciones de ESPRIT.

Compras integrales

Los paquetes completos pueden atraer a los usuarios que buscan compras integrales en CAD/CAM, combinando CAD/CAM con inspección y metrología, o con soluciones PLM, ERP y MES.

“Una de las últimas tendencias que escuchamos de nuestros clientes y nuevos prospectos es su necesidad de que proporcionemos soluciones de fabricación completas, en lugar de solo software CAD/CAM”, dijo Nick Spurrett, director regional de América, Software de producción, Hexagon Manufacturing Intelligence. , North Kingstown, R.I. “Sus solicitudes representan todo, desde una solución MES hasta soluciones que los llevarán hasta la verificación completa de la máquina-herramienta. Con la adición de NCSIMUL y WORKPLAN, Hexagon Production Software está alineando nuestro negocio para responder a estas últimas tendencias”.

Hexagon Manufacturing Intelligence presentó recientemente demostraciones de sus soluciones de producción digital que conforman la cartera de software de producción, que se compone de varios títulos CAD/CAM de Vero Software, que fue adquirido por Hexagon hace un par de años, además de NCSIMUL, un software de gama alta. paquete de simulación y verificación, junto con las soluciones de inspección tradicionales de Hexagon.

“Seguimos desarrollando todos nuestros productos de fabricación, incluida la creación más rápida de trayectorias de herramientas y brindando estrategias de forma de onda en todo el conjunto de productos”, dijo Spurrett sobre la línea recién fusionada. “También ofrecemos la tecnología Advanced Toolform con la introducción del mecanizado de cinco ejes para cualquier forma de herramienta”. Señaló que permite calcular formas de herramientas de cinco ejes, como barriles, óvalos, parabólicos o cualquier forma dada, sobre las superficies de la pieza, incluidas las compensaciones negativas (asignaciones).

“El diseño para la fabricación es una de las soluciones clave que hemos lanzado en los últimos 12 meses”, agregó Spurrett. “Ofrecemos una solución CAD para CAM, o CAD para talleres mecánicos, para empresas que desean aprovechar los datos CAD que reciben, o trabajar en un entorno CAD que un taller mecánico o un programador CNC pueden aprovechar porque proporciona el tipo de funcionalidad que necesitan específicamente para hacer la fabricación. El uso del modelado directo permite al usuario modificar directamente la geometría empujando o tirando de las piezas del modelo según lo crea conveniente”.