Wawancara Pakar:Kepala Teknologi ANSYS untuk Mencapai Keberhasilan Pencetakan 3D Logam dengan Simulasi
Pencetakan 3D logam bisa menjadi bisnis yang rumit. Dengan potensi masalah termasuk distorsi termal, tegangan sisa, retak dan melengkung, proses pencetakan untuk logam seringkali sulit diprediksi, apalagi kontrol. Di sinilah perangkat lunak simulasi berperan.
Perangkat lunak simulasi dapat digunakan untuk merancang dan mensimulasikan bagian dan proses logam, dengan tujuan meminimalkan kegagalan cetak pada tahap desain, sebelum bagian dikirim untuk dicetak.
Satu perusahaan yang ingin menjadi ujung tombak pasar perangkat lunak simulasi logam adalah ANSYS . Perusahaan bernilai miliaran dolar, yang terkenal dengan perangkat lunak simulasi tekniknya, telah beralih ke bidang manufaktur aditif dengan Suite Aditif perangkat lunak, serangkaian simulasi logam dan alat desain canggih.
Ditambah dengan sejumlah akuisisi strategis yang mencakup perusahaan simulasi logam, 3DSIM, dan perusahaan material, Granta Design, ANSYS secara aktif mengambil langkah untuk memperluas kemampuan simulasinya untuk pencetakan 3D logam.
Minggu ini, kami berbicara dengan Dave Conover, Kepala Teknologi Manufaktur Aditif ANSYS, untuk membahas bagaimana perusahaan membantu para insinyur menavigasi dunia pencetakan 3D logam, keadaan pasar pencetakan 3D logam saat ini, dan bagaimana perusahaan dapat memulai dengan teknologi.
Bisakah Anda memberi tahu kami sedikit tentang ANSYS dan masalah yang Anda pecahkan?
ANSYS adalah penyedia perangkat lunak simulasi untuk teknik mesin. Secara historis, pelanggan kami telah menggunakan perangkat lunak kami untuk mensimulasikan bagaimana suatu produk akan bekerja dalam kehidupan nyata.
Tetapi dengan kedatangan manufaktur aditif, kami melihat bahwa tidak hanya kebutuhan untuk mensimulasikan produk dan bagaimana itu akan digunakan, tetapi juga untuk mensimulasikan proses itu sendiri, karena sifat dari proses pembuatan aditif. Ini termasuk melihat hal-hal seperti distorsi bagian dan potensi patah dan retak.
Jadi sebagai bagian dari rangkaian desain kami, kami ingin mengeksplorasi cara terbaik untuk mensimulasikan proses aditif tersebut.
Sekarang kami menyediakan alat untuk aditif dalam hal simulasi proses dan kami juga lebih terlibat dengan elemen desain. Ini termasuk merancang properti aditif, dengan alat seperti optimasi topologi, yang merupakan proses membiarkan komputer menggerakkan desain bagian berdasarkan persyaratan fungsionalnya.
Kami juga melihat hal-hal seperti struktur kisi, yang tidak dapat Anda hasilkan selain dengan aditif.
Bisakah Anda memberi kami wawasan yang lebih mendalam tentang Additive Suite ANSYS dan cara kerja perangkat lunak?
Tentu saja. Pada dasarnya, solusi yang kami berikan tersegmentasi menjadi tiga area.
Yang pertama dikembangkan untuk operator mesin atau insinyur desain, yang perlu menggunakan mesin untuk mencetak bagian. Mereka membutuhkan alat yang dapat memberi mereka wawasan cepat tentang distorsi yang akan dihasilkan dalam pembuatan dan menawarkan cara untuk memperhitungkan distorsi itu — yang disebut sebagai kompensasi.
Jadi solusi pertama yang kita miliki adalah alat yang disebut Cetak Aditif . Ini ditargetkan ke operator mesin yang menerima file STL dari grup desain dan yang tugasnya adalah mencetaknya dengan sukses.
Kedua, kami juga menyediakan alat untuk tim desain, kelompok yang secara historis menggunakan produk kami untuk melihat bagaimana suatu bagian akan berperilaku dalam kenyataan. Tetapi sekarang kami telah memberi mereka alat untuk juga mensimulasikan proses sehingga mereka dapat merancang bagian di muka untuk pembuatan aditif.
Solusi ketiga yang kami tawarkan bernama Ilmu Aditif . Ini adalah alat untuk ilmuwan material dan insinyur yang merancang proses. Mereka perlu memahami mesin dan melihat hal-hal seperti pengaturan apa yang diperlukan mesin untuk mendapatkan build yang baik, sehingga kami memiliki build yang tidak memiliki banyak porositas dan memiliki struktur mikro yang tepat yang diperlukan untuk mendapatkan kinerja yang kami inginkan. inginkan dari suatu bagian.
Jadi itulah tiga solusi:satu untuk orang yang merancang bagian untuk aditif, satu untuk orang yang menjalankan mesin, dan yang terakhir untuk mereka yang mencoba mencari parameter optimal pada mesin di untuk mendapatkan build yang sukses.
Apakah ada industri tertentu yang paling diuntungkan dari perangkat lunak simulasi Anda?
Salah satu pengadopsi awal tentu saja dirgantara.
Kami telah melihat minat awal di sini karena penawaran AM yang lebih ringan dan kebutuhan industri untuk memproduksi suku cadang yang kompleks, ringan, dan multi-fungsi ini.
Biomedis juga merupakan bidang lain yang memiliki minat yang semakin besar terhadap AM logam.
Tapi sebenarnya, minat pada pencetakan 3D logam sekarang bercabang ke banyak industri lain yang mencari teknologi untuk mendapatkan keunggulan kompetitif atau untuk mengurangi biaya yang unik, produk batch kecil yang sedang dikembangkan saat ini.
Anda menyebutkan minat sektor biomedis pada AM metal. Bagaimana sektor biomedis menggunakan teknologi dan di mana simulasi cocok dengan itu?
Area aplikasi utama adalah prosthetics dan implan yang biasanya terbuat dari logam. Di sini, kustomisasi adalah kuncinya. Anda membuat satu atau sejumlah kecil ukuran tertentu yang akan spesifik untuk pasien. Dengan aditif, hal ini dapat dilakukan dengan sangat mudah — cukup dengan membuat desain khusus untuk implan, prostetik, atau perangkat medis lainnya.
Tentu saja, masalah yang Anda hadapi dengan proses logam adalah bahwa Anda berakhir dengan distorsi. Bagian yang telah dirancang dan bagian yang keluar dari printer belum tentu satu dan sama karena distorsi termal yang terjadi selama proses pembuatan.
Memperhitungkan itu dan mampu membalikkan distorsi itu penting. Simulasi memastikan bahwa saat Anda mendesain bagian dan saat dicetak, Anda dapat mengubahnya menjadi bentuk yang Anda inginkan, sehingga pas dengan wajah orang tersebut atau implan pinggulnya atau di mana pun diperlukan dalam prosedur medis.
Apakah ada batasan untuk perangkat lunak simulasi yang ada — apa pun yang tidak dapat dilakukan oleh teknologi?
Nah, manufaktur sebenarnya adalah proses yang sangat kompleks; ada banyak hal yang terjadi, dengan laser mengenai partikel bubuk ini. Sulit bahkan untuk memahami fisika, apalagi menjelaskannya dalam perangkat lunak simulasi.
Jadi semua perangkat lunak simulasi saat ini memiliki beberapa tingkat asumsi yang dibangun di dalamnya yang membatasi akurasi yang dapat diberikannya. Itu mungkin kelemahan terbesar saat ini:mereka tidak bisa seakurat yang Anda inginkan.
Yang mengatakan, ini tentu saja merupakan bidang yang berkembang dan ada banyak penelitian yang perlu dipahami proses dan dapat menghasilkan metodologi untuk mensimulasikannya dengan lebih akurat. Kami terlibat dalam banyak proyek penelitian di seluruh dunia, mencoba memajukan ini untuk mendapatkan akurasi yang lebih baik.
Aspek unik tentang pencetakan 3D dengan logam adalah Anda membuat bahan saat Anda membuat bagian. Ini sangat berbeda dari proses manufaktur lainnya.
Jadi, memahami bagaimana Anda mengontrol parameter proses untuk membuat material keluar seperti yang Anda inginkan pada akhirnya — dengan ketahanan lelah yang tepat serta porositas dan struktur mikro yang tepat — adalah sesuatu yang sedang kami kerjakan untuk memungkinkan Anda melihat tingkat detail itu.
Seberapa jauh menurut Anda kita dari itu?
Kami cukup dekat. Kami akan keluar sekitar tahun depan dengan produk yang dapat melakukan simulasi semacam ini.
Meskipun kami harus melakukan banyak validasi dan kalibrasi agar efektif, kami yakin bahwa kami memahami prosesnya dengan cukup baik untuk melakukannya. Ini hanya masalah meluangkan waktu untuk mengembangkan perangkat lunak.
ANSYS mengakuisisi perusahaan simulasi logam, 3DSIM pada tahun 2017. Apa yang memicu keinginan pada saat itu untuk mempelajari manufaktur aditif?
Sederhananya, pelanggan kami terjun ke dalam teknologi. Kami menyadari bahwa kami harus mendukung mereka dalam upaya mereka:mereka menggunakan alat kami untuk merancang produk dan mereka sekarang pindah ke manufaktur aditif. Mereka membutuhkan alat untuk membantu mereka merancang produk tersebut dengan teknologi.
Kami juga menyadari sejak awal bahwa mereka tidak hanya membutuhkan bantuan untuk merancang produk, mereka juga membutuhkan bantuan untuk memahami teknologi dan proses itu sendiri — hal-hal seperti distorsi dan tegangan sisa, misalnya.
Saat kami mulai mengeksplorasi peluang, kami tahu bahwa kami tidak akan dapat mengembangkan solusi organik sendiri dalam waktu dekat, terutama terkait struktur mikro.
Jadi kami menemukan 3DSIM, sebuah perusahaan yang sudah mulai bergerak di bidang ini. Mereka telah mengembangkan banyak teknologi hebat, memiliki tim yang hebat — dan itu sangat cocok untuk kami saat itu.
ANSYS juga baru saja mengakuisisi Granta Design, yang berbasis di Cambridge. Apa dampaknya terhadap kemampuan AM Anda?
Granta Design pada dasarnya adalah perusahaan informasi material. Anda bahkan dapat mengatakan bahwa mereka adalah PLM data material, karena mereka mengelola data material untuk perusahaan.
Di mana kita bersinggungan dengan tambahan adalah bahwa ada banyak data yang terkait dengan proses AM, seperti mesin pengaturan, misalnya. ANSYS dan Granta Design melihat kebutuhan untuk membantu perusahaan mengontrol dan memahami data volume tersebut.
Misalnya, satu area yang telah kami kolaborasikan adalah kemampuan untuk mengelola pengaturan mesin. Ini berarti bahwa ketika sebuah perusahaan pergi dan melakukan simulasi pencetakan, pengaturan mesin yang mereka gunakan pada printer mereka dapat disalin ke database untuk diunduh dengan mudah dan dimasukkan ke dalam program simulasi.
Demikian pula dengan Granta yang mengelola data material, data tersebut dapat ditarik ke dalam perangkat lunak simulasi. Ini memungkinkan Anda untuk memastikan bahwa Anda menggunakan materi yang benar dan tervalidasi untuk perusahaan itu dan untuk materi itu. Jadi kami melakukan hal yang sama di sisi aditif — mengelola data itu.
Apakah ada kemitraan lain yang dapat Anda bicarakan?
Kami tentu selalu ingin membangun ekosistem di seluruh aliran produk kami. Kami saat ini fokus pada beberapa area.
Salah satunya adalah memperluas ruang fisika kita. Kami baru saja membeli perusahaan optik, saat kami beralih ke simulasi optik — atau simulasi cahaya, jika Anda mau. Ini adalah area yang sangat penting untuk kendaraan otonom, misalnya, di mana kami sangat terlibat.
Di ruang aditif, kami juga bekerja untuk membangun ekosistem itu. Kami selalu melihat bagaimana pelanggan kami menggunakan produk kami dan di mana titik kesulitan mereka. Dari situ, kami mencoba melihat apakah kami dapat membantu memberikan solusi, apakah itu sesuatu yang dapat kami lakukan secara organik atau melalui akuisisi atau kemitraan.
Ke depan, saya pikir pasti akan ada lebih banyak lagi yang akan datang karena dengan AM, ada begitu banyak pemain dan bagian yang perlu disatukan oleh perusahaan untuk benar-benar dapat mencapai proses manufaktur yang efektif. Jadi, jika kami dapat menyediakan solusi tersebut sebanyak mungkin untuk membuat alur kerja itu sesederhana mungkin, maka semua orang akan mendapat manfaat.
Saran apa yang akan Anda berikan kepada perusahaan yang ingin mengadopsi pencetakan 3D logam?
Tentu saja perusahaan besar memiliki sumber daya dan kemampuan untuk terjun ke dalam teknologi. Tapi itu sedikit lebih sulit jika Anda adalah perusahaan kecil.
Dengan demikian, ada beberapa hal yang dapat Anda lakukan.
Salah satu hal pertama yang harus diketahui adalah bagian dan ide mana yang dapat Anda hasilkan yang masuk akal secara komersial. Banyak biro layanan pencetakan 3D akan memiliki keahlian itu dan dapat memberi saran dan membuat suku cadang untuk Anda.
Menggunakan penyedia layanan ini adalah salah satu cara untuk membuat kaki Anda basah dengan teknologi. Jadi, daripada berinvestasi dalam mesin dan mencoba memahaminya, yang merupakan upaya besar, yang perlu Anda lakukan hanyalah membuat beberapa desain dan meminta penyedia pihak ketiga mencetaknya untuk Anda.
Penting juga untuk menyadari bahwa Anda tidak hanya akan mengambil mesin, mencolokkannya, dan mulai mencetak sejak hari pertama. Ini akan memakan waktu untuk membangun keahlian dan pemahaman tentang teknologi. Tentu saja, ada banyak kursus yang bisa Anda ambil, banyak keahlian dan konsultasi yang bisa Anda ikuti juga.
Terakhir, ini juga soal kesabaran. Tentu saja, mesin menjadi lebih baik dan umumnya ada pemahaman yang lebih baik di industri daripada lima tahun lalu. Akhirnya, kami ingin mencapai titik di mana yang harus kami lakukan adalah cukup colokkan mesin seperti yang Anda lakukan dalam proses manufaktur normal. Saya pikir kita akan sampai di sana dengan pencetakan 3D pada akhirnya, tetapi kita belum sampai di sana. Sehingga perlu waktu untuk mengembangkan teknologi lebih lanjut.
Bagaimana Anda melihat status pencetakan 3D logam saat ini?
Sangat menarik untuk melihatnya berkembang. Pasti ada banyak hype pada awalnya — hype curve Gartner membicarakan hal ini, terutama dengan pengadopsi awal yang masuk.
Kemudian ada fase jeda di mana industri menyadari bahwa itu tidak akan terjadi. semudah kelihatannya pertama kali.
Tapi saya pikir kita telah melalui fase kegembiraan dan kita telah melalui fase jeda, sekarang. Harapan jauh lebih realistis dan ada pemahaman yang lebih baik tentang apa yang dapat dilakukan dengan aditif dan seberapa cepat Anda dapat mengadopsinya.
Saya pikir sekarang kita melihat peningkatan:di tahun-tahun mendatang, saya memperkirakan penjualan printer 3D logam akan terus meningkat, mungkin tidak seagresif yang mereka lakukan pada satu atau dua tahun pertama. Tapi kita akan melihat adopsi terus meningkat di semua industri, bukan hanya pengguna awal, seperti kedirgantaraan dan medis.
Dengan kata lain, kita benar-benar di atas punuk.
Tantangan apa yang menurut Anda masih perlu dipecahkan untuk mempercepat adopsi teknologi?
Ada begitu banyak potongan kecil. Saya menyebutkan bahwa mesin dan teknologi di balik mesin masih perlu matang.
Hal lainnya adalah memahami alur kerja dan membawanya ke proses teratur yang menguraikan cara kami beralih dari desain ke produksi dan pasca-pemrosesan. Tetapi sepenuhnya memahami itu akan membutuhkan sedikit lebih banyak waktu.
Lalu ada pertanyaan tentang post-processing. Faktor-faktor seperti bagaimana kita memanaskan bagian-bagian ini dan kapan kita memanaskannya? Ada banyak pekerjaan yang dilakukan di area ini sekarang, karena hal-hal ini pun membutuhkan waktu untuk berkembang dan dipahami.
Pada akhirnya, seluruh ekosistem AM terfragmentasi:ada banyak solusi kecil dan perusahaan yang harus Anda kumpulkan untuk menciptakan alur kerja dan solusi ujung ke ujung.
Konsolidasi itu harus terus berlanjut. Saya pikir itu akan membuat segalanya lebih mudah, terutama untuk perusahaan yang tidak memiliki kemampuan untuk membeli sejumlah besar perangkat lunak dan perangkat keras yang berbeda untuk mendapatkan solusi ujung ke ujung.
Ada pemikiran terakhir?
Saya akan mengakhiri dengan mengatakan bahwa kami sedang dalam perjalanan dengan aditif.
Kami belum sampai di sana:mesin belum ada, pemahaman tentang keseluruhan proses belum ada. Tapi yang menarik adalah kami adalah sampai di sana, secara bertahap.
Di ANSYS, kami bekerja dengan pelanggan dan vendor dan mengembangkan inisiatif penelitian untuk memajukannya. Kami berencana untuk terus mengembangkan alat kami untuk membuatnya lebih baik. Dan kami berharap untuk mencapai titik di mana kami tahu persis bagaimana merancang dan membangun untuk manufaktur aditif — di mana itu akan menjadi proses yang mudah seperti permesinan saat ini.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang ANSYS dan solusi simulasinya, kunjungi: https://www.ansys.com/
