5 tendencias emocionantes en software de impresión 3D

El software ha sido durante mucho tiempo un cuello de botella en la evolución de la impresión 3D. La industria se ha centrado más en los avances en hardware y materiales, mientras que la innovación en software se ha quedado atrás.

Sin embargo, la brecha existente se está cerrando, ya que más empresas están desarrollando la próxima generación de herramientas de software que impulsarán la AM hacia la industrialización.

A continuación, analizamos algunos de los desarrollos y tendencias clave que dan forma al mercado del software de impresión 3D.

1. La búsqueda de la interoperabilidad del software

La industria de fabricación aditiva se está moviendo hacia un flujo de trabajo de preparación de diseños más simple y rápido. La clave para lograrlo será la introducción de una mayor integración de software.

En un proceso de diseño típico, un ingeniero crearía un modelo sólido en un sistema de diseño asistido por computadora (CAD). Luego, necesitaría convertirlo en un modelo triangulado para realizar verificaciones de imprimibilidad, orientar la pieza en la bandeja de construcción, optimizar la estructura para reducir el peso, agregar soportes y ejecutar análisis de simulación. Para muchos de estos pasos, los diseñadores e ingenieros utilizarán diferentes programas y múltiples formatos de archivo.

Esta amplia gama de herramientas de preparación de diseño necesarias para preparar un modelo para la impresión agrega una capa de complejidad al flujo de trabajo de AM. La conversión y transferencia de datos de diseño a diferentes entornos de diseño a menudo puede generar costosos errores y retrasos. Y esto ni siquiera menciona tarifas de licencia significativas que las compañías pagarían por usar múltiples paquetes de software.

Una forma de superar este desafío es la introducción de una mayor interoperabilidad de software.

En el contexto del proceso de diseño de AM, la interoperabilidad puede ayudar a reducir la cantidad de herramientas, pasos y esfuerzo necesarios para diseñar un modelo para la impresión. Una forma de lograrlo es permitir que diferentes herramientas de software intercambien y utilicen datos de diseño sin conversiones de datos engorrosas.

Hoy vemos más funciones, que tradicionalmente se encuentran en software específico de AM, migrando a software CAD, desarrollado por compañías de software más grandes. La integración de la función de diseño de AM en el CAD popular se puede lograr de múltiples formas, incluidas las integraciones de software, las adquisiciones o el desarrollo de capacidades internamente.

Uno de los ejemplos más importantes incluye la adquisición de la empresa de software de diseño AM, Netfabb, por Autodesk en 2015. Este movimiento permitió a Autodesk conectar Netfabb con su herramienta de diseño e ingeniería Fusion 360, creando un entorno de diseño de impresión 3D mucho más simple para sus usuarios.

En un ejemplo más reciente, Hexagon AB, una empresa de tecnología global con sede en Suecia, ha adquirido AMendate, un proveedor alemán de software de optimización de topología para AM. AMendate se agregará a la rama de software MSC de Hexagon, que proporciona software y servicios de simulación de ingeniería asistida por computadora (CAE).

Otras empresas como Altair, Dassault Systems y PTC también han estado desarrollando capacidades de diseño de AM dentro del alcance de sus soluciones CAD.

La tendencia de integrar y optimizar los pasos del proceso de diseño de AM continuará fortaleciéndose, aunque el cambio no ocurrirá de la noche a la mañana. Dicho esto, lograr este hito eliminará las barreras para iteraciones de diseño más rápidas y, en última instancia, permitirá a los usuarios de impresión 3D optimizar las tareas de modelado complicadas.

2. ¿Se mueve para reemplazar STL?

Crear un flujo de trabajo interoperable sería casi imposible sin reconsiderar el uso de STL, el formato de archivo de impresión 3D más común.

El formato de archivo STL se inventó a mediados de la década de 1980 para permitir que el software CAD transmitiera archivos para imprimir objetos 3D. Con STL, un diseño en CAD se exporta como un archivo STL, que describe un objeto tridimensional como una serie de triángulos enlazados (polígonos).

A pesar de los muchos avances que se están produciendo en la industria, el formato STL se ha mantenido prácticamente sin cambios durante más de 30 años. A medida que la industria de la impresión 3D continúa desarrollándose y evolucionando, las limitaciones del formato STL se han vuelto más evidentes, especialmente cuando se usa la impresión 3D para diseñar piezas de producción complejas.

Estos son solo algunos de los desafíos de usar archivos STL:

~ Definir con precisión formas y estructuras geométricas grandes o complejas puede ser difícil e implica la creación de archivos que pueden volverse impracticables (por ejemplo, varios gigabytes). Estos archivos tardan mucho en enviarse a una impresora 3D y, en algunos casos, pueden ser tan grandes que una impresora 3D no podrá aceptar el archivo completo.

~ El formato no especifica la información sobre el color, la textura o el material.

~ El formato STL no puede incrustar ningún otro dato más allá del diseño, incluida la información relacionada con los derechos de autor y la seguridad de los archivos.

~ Es difícil modificar el archivo. El formato de archivo no puede distinguir entre cambios menores y mayores, por lo que cualquier cambio significa que todo el flujo de trabajo debe comenzar de nuevo, lo que puede agregar horas al proceso de diseño.

Una de las tendencias que ha ido tomando forma en los últimos años es el desarrollo de soluciones para eliminar la necesidad de archivos STL. Uno de ellos es el desarrollo de formatos de archivo más eficientes.

Por ejemplo, el Consorcio 3MF, formado inicialmente en 2015, tiene como objetivo establecer un nuevo 3D universal y de código abierto formato de archivo, llamado 3MF, que está libre de los problemas que acosan a STL.

En los últimos dos años, ha habido una serie de actualizaciones de 3MF, incluidas cuatro extensiones para Materiales y propiedades, Producción, Viga de celosía y Rebanada. Las extensiones de trayectoria de herramientas volumétricas y láser son las siguientes en la lista y actualmente están en desarrollo.

Además, 3MF incluye varias funciones integradas que no están disponibles en STL, como datos de formas complejas con tamaños de archivo bajos, una o varias texturas y datos de varios colores.

A pesar de sus obvios beneficios, el formato de archivo 3MF se está adoptando con bastante lentitud en la industria. Irónicamente, la industria de AM que está tan estrechamente asociada con la innovación ha estado acostumbrada a trabajar con STL y es reacia a cambiar a formatos más eficientes.

Aunque no se espera que STL desaparezca pronto, los usuarios de AM finalmente tendrán que reconsiderar su enfoque para preparar un diseño para impresión 3D. El uso de nuevos formatos de archivo podría ser uno de los medios para satisfacer las necesidades de preparación de diseños modernos.

3. Un nuevo enfoque en el software de flujo de trabajo

El software de gestión de flujo de trabajo está experimentando un tremendo crecimiento dentro del mercado de software de impresión 3D. Uno de los principales impulsores de este crecimiento es la necesidad de una mayor automatización y escalabilidad del flujo de trabajo de producción de AM.

Un gráfico de un informe reciente de IDtechEx muestra que los ingresos por software de gestión de flujo de trabajo aumentarán en los próximos década, que promete un futuro brillante para el sector.

A medida que las empresas comienzan a integrar AM en sus operaciones, se enfrentan a prácticas de flujo de trabajo manuales e ineficientes. Por ejemplo, muchos operadores y técnicos de AM todavía tienen que gestionar manualmente los pedidos, comprobar los estados de fabricación y dedicar mucho tiempo a identificar las piezas una vez impresas. Esto crea una gran cantidad de cuellos de botella operativos, que hacen que escalar y administrar de manera efectiva la producción de AM sea una tarea desafiante.

Se están realizando muchos avances para superar las ineficiencias del flujo de trabajo, y el software de automatización del flujo de trabajo es una de las soluciones clave.

Esencialmente, las plataformas de software de flujo de trabajo, como AMFG, ayudan a establecer un ecosistema que vincula las diferentes etapas del flujo de trabajo de AM, como la gestión de pedidos, la programación de la producción, la supervisión del estado de la construcción y las comprobaciones posteriores al procesamiento. El objetivo es hacer de la planificación y el control de la producción un proceso simplificado y digitalizado.

Como resultado, las empresas, ya sean oficinas de servicios o talleres internos de AM, pueden tener una herramienta que les permita gestionar el flujo de trabajo de AM de un extremo a otro, al tiempo que pueden integrar AM en una infraestructura digital más amplia.

4. El papel cada vez mayor del software de simulación de AM

El software de simulación desempeñará un papel cada vez más importante a medida que la impresión 3D se transforme en una tecnología con capacidad de producción. La simulación se utiliza normalmente en la etapa de diseño para reproducir digitalmente cómo se comportaría un material durante el proceso de impresión, con el objetivo de minimizar las fallas de impresión antes de enviar un diseño a imprimir.

A pesar de su promesa, la simulación de procesos de impresión 3D es un desafío debido a una gran cantidad de variables que deben tenerse en cuenta durante el proceso de simulación.

“En la actualidad, todo el software de simulación tiene cierto nivel de suposiciones que limitan la precisión que puede ofrecer. Ese es probablemente el mayor inconveniente en este momento:no pueden ser tan precisos como le gustaría que fueran ", dice el jefe de tecnología de ANSYS, Dave Conover, en una entrevista reciente con AMFG.

Sin embargo, la tecnología de simulación está evolucionando rápidamente y los proveedores de software continúan perfeccionando sus ofertas. Una empresa de software de ingeniería, ANSYS, es un ejemplo. Desde principios de 2019, la compañía ha lanzado tres actualizaciones importantes, que cuentan con muchas funcionalidades nuevas.

Una actualización que se destaca es ANSYS Additive Prep. Esta herramienta es parte de los paquetes de software ANSYS Additive Suite y ANSYS Additive Print.

Entre sus características está la capacidad de producir mapas de calor que ayudan a los ingenieros a predecir cómo las orientaciones de construcción AM impactan las estructuras de soporte, los tiempos de construcción, las distorsiones y el rendimiento general de impresión.

En la última versión R3, ANSYS Additive Prep también se ha mejorado con un nuevo procesador de compilación que permite a los usuarios exportar un archivo de compilación directamente a una máquina AM, evitando así la necesidad de utilizar un archivo STL.

Además, MSC Software ha lanzado la próxima generación de su solución Simufact para la simulación de procesos de impresión 3D de metal.

La actualización se centra en gran medida en la automatización:puede compensar la distorsión de la pieza final y optimizar las estructuras de soporte automáticamente, al tiempo que identifica zonas sobrecalentadas o no suficientemente calentadas y predice problemas como grietas, líneas de contracción y contacto con el repintador antes de que ocurran.

Los desarrollos en curso en este campo indican que la necesidad de soluciones de simulación sofisticadas para AM está creciendo. La industria quiere saber cómo hacer productos impresos en 3D con resultados confiables y repetibles, y aquí es donde la simulación puede jugar un papel clave.

Curiosamente, los avances en las simulaciones de AM van de la mano con otras tendencias de software de impresión 3D, incluido un mayor enfoque en la interoperabilidad, la automatización y la facilidad de uso simplificada.

5. El software se está volviendo más inteligente

La combinación de software de impresión 3D con inteligencia artificial (IA) es la próxima gran tendencia dentro de la industria. Esta combinación puede mejorar los procesos de flujo de trabajo, producción y diseño de impresión 3D.

En el frente del diseño, la combinación de la IA con el software de diseño da como resultado herramientas de diseño generativo que permiten a los ingenieros explorar opciones de diseño inesperadas. El proceso implica definir un problema de diseño ingresando parámetros básicos como la altura, el peso que debe soportar una pieza, la resistencia y las opciones de material. Al usar inteligencia artificial y computación en la nube, el software de diseño generativo ofrece una gran variedad de opciones de diseño que cumplen con los parámetros especificados.

El software de diseño generativo podría resolver los desafíos de la ingeniería con soluciones de diseño que la mente humana nunca podría concebir por sí sola.

La impresión 3D es una de las tecnologías clave que impulsa el progreso del software de diseño generativo, ya que a menudo es la única forma de dar vida a los diseños generados por IA.

Además de los diseños más inteligentes, el software también está evolucionando para hacer que la producción con impresión 3D sea más repetible.

Por ejemplo, Markforged ha lanzado recientemente un software impulsado por IA, Blacksmith, que permite a sus impresoras 3D ajustar la programación y los parámetros para garantizar resultados de impresión óptimos. Los algoritmos de aprendizaje automático que impulsan Blacksmith permiten que el software aprenda de la producción anterior de piezas para que las piezas sean cada vez más precisas y precisas.

Para lograr esto, el software inteligente analiza un diseño, lo compara con los datos de la pieza escaneada capturados del equipo de inspección y adapta dinámicamente el proceso de un extremo a otro para finalmente producir piezas que cumplen perfectamente con el archivo CAD previsto.

Finalmente, el flujo de trabajo de impresión 3D también se está volviendo más inteligente con la introducción de software impulsado por IA.

Los flujos de trabajo de impresión 3D tienen una gran cantidad de datos, lo que significa que hay mucha información sobre el estado de los pedidos, los datos de la máquina y los materiales, que pueden (y deben) no solo monitorearse y recopilarse, sino también analizarse y aplicarse. Y aquí es donde la IA puede ayudar.

Las capacidades de análisis de la máquina pueden permitir que el software analice los datos recopilados y sugiera dónde se podrían realizar mejoras en las operaciones de producción. En última instancia, proporcionará una mayor visibilidad de dónde se encuentran los cuellos de botella clave y cómo optimizar el proceso para aprovechar al máximo la AM.

Software:la clave para industrializar la impresión 3D

Entre los tres pilares clave de la impresión 3D (hardware, materiales y software), este último ha sido el menos avanzado. Sin embargo, las cosas están cambiando ahora, ya que las empresas se están dando cuenta de que las tecnologías digitales como la impresión 3D requieren soluciones digitales para respaldar su crecimiento y evolución.

Tanto los proveedores de software líderes como las empresas emergentes buscan ahora desarrollar herramientas de software para hacer avanzar la AM. Se hace un gran esfuerzo para permitir resultados de impresión repetibles a través del software de simulación. Al mismo tiempo, hay mucha actividad en torno a la superación de cuellos de botella en la preparación del diseño y los flujos de trabajo de gestión de procesos.

Finalmente, la convergencia entre la impresión 3D y la IA está dando forma a nuevas posibilidades para el diseño y la producción de impresión 3D.

Al juntar todos estos desarrollos, el software se está convirtiendo realmente en la pieza del rompecabezas para hacer de la impresión 3D una de las tecnologías de producción clave de hoy y de mañana.