Druk 3D: badania, nowe standardy i platforma Siemens PLM

Po pierwsze inżynieria. SGT400 Stage 1 Turbine Blade, czyli – jak deklaruje firma Siemens – pierwsza w historii łopatka turbiny gazowej wykonana za pomocą technologii druku 3D. Wyprodukowała ją firma Material Solution, będąca dostawcą usług produkcji przyrostowej dla Siemensa. Tłem operacji jest oprogramowanie Siemens PLM – NX. Źródło: Siemens

Oprogramowanie wspomagające proces druku 3D, stosowane również w produkcji przyrostowej (addytywnej), staje się coraz bardziej złożone i w coraz większym stopniu zintegrowane – wszystko w celu uzyskania większej prędkości, lepszej jakości, ograniczenia ilości odpadów i dostosowania się do różnych materiałów. W jaki sposób automatyka i systemy sterowania pomagają w rozwoju technologii przyrostowych?

Branża obróbki addytywnej i druku 3D zyskuje na coraz lepszej integracji systemów sterowania i oprogramowania oraz nieprzerwanym transferze własności intelektualnej między poszczególnymi etapami procesu. Wśród najnowszych innowacyjnych działań nakierowanych na rozwój w tej dziedzinie znajdują się m.in. nowa platforma firmy Siemens, zapewniająca wgląd w globalny rynek produkcji przyrostowej, prace nad standardami prowadzone przez ASTM International oraz badania przeprowadzane w NextManufacturing Center na Uniwersytecie Carnegie Mellon, dotyczące materiałów mogących mieć w przyszłości zastosowanie w wytwarzaniu przyrostowym, a także w konstrukcji oraz przebiegu procesów.

Połączone zasoby

Dążąc do coraz większej integracji narzędzi wspierających światowy rynek produkcji przyrostowej, firma Siemens – podczas targów Hannover Messe 2016 – ujawniła plany dotyczące nowej platformy współpracy online, zaprojektowanej w celu dostarczania na życzenie zarówno projektów, jak i gotowych detali 3D dla potrzeb światowego przemysłu wytwórczego. Platforma służąca do wytwarzania detali, zbudowana w oparciu o program Siemensa dotyczący zarządzania cyklem procesu (Product Lifecycle Management – PLM), ma stworzyć środowisko łączące ludzi z branży wytwórczej. Chodzi o to, aby zmaksymalizować wykorzystanie zasobów i dostępu do wiedzy na temat obróbki addytywnej oraz poszerzać zasięg działań biznesowych.

Łącząc ze sobą np. osoby zainteresowane zakupem detalu i mikroprzedsiębiorców, platforma umożliwi drukowanie detali 3D na życzenie w dowolnym miejscu na ziemi. Ułatwi też współpracę wspomagającą innowacyjność i rozpowszechni druk 3D jako główną metodę wytwarzania części dla przemysłu.

Współpraca na poziomie inżynierskim. Siemens pracuje nad nową, dostępną w sieci platformą produkcji przyrostowej, która ma stanowić wspólne środowisko dla członków światowej społeczności wytwarzania addytywnego. Zdaniem twórców planowana do uruchomienia w połowie 2018 r. platforma pomoże polepszyć współpracę przy tworzeniu nowych produktów i przyspieszyć proces adaptacji druku 3D jako popularnej technologii wytwarzania.

Poprawa procesu wytwarzania

Platforma Siemensa ma za zadanie stworzyć w sieci miejsce skupiające wykwalifikowanych użytkowników, takich jak m.in. projektanci, właściciele sklepów, osoby zamawiające części, wytwórcy sprzętu do druku 3D, dostawcy materiału, eksperci, mikroprzedsiębiorcy. Będzie ona w stanie połączyć użytkowników oraz „umożliwić współpracę w osiąganiu innowacji z wykorzystaniem najnowszego oprogramowania przeznaczonego do wytwarzania przyrostowego”, jak głoszą jej twórcy.

– Program ten jest odpowiedzią na zróżnicowane potrzeby wszystkich podmiotów obecnych na rynku obróbki addytywnej, od projektantów i inżynierów, po producentów części i drukarek 3D, dostawców materiału czy producentów oprogramowania – twierdzi Tony Hemmelgarn, dyrektor i kierownik w firmie Siemens PLM Software.

Hemmelgarn sugeruje, że pomoże to rozpowszechnić idee wykorzystania produkcji przyrostowej w przemyśle oraz współpracy przy tworzeniu innowacji.

– Łączenie ludzi, technologii, sprzętu i wiedzy eksperckiej jest potrzebne do tego, by w sposób wydajny wykorzystywać wspólne okazje biznesowe – mówi.

Zdaniem przedstawicieli firmy wśród zalet wynikających z łatwego nawiązywania kontaktów znajdują się m.in. szybki dostęp do wiedzy eksperckiej oraz do podmiotów zamawiających części i do serwisów, lepsze planowanie pracy, redukcja czasu potrzebnego do wyprodukowania gotowych produktów w danej lokalizacji, skuteczniejsze wykorzystanie maszyn, i wreszcie większy dostęp do najnowszych systemów, technologii i wiedzy w celu osiągnięcia powtarzalnej produkcji części przemysłowych w zadanej ilości.

Omawiana platforma cyfrowa powinna zacząć działanie w połowie 2018 roku.

Mapa procesu druku 3D z materiałów metalowych. The NextManufacturing Center z siedzibą na Uniwersytecie Carnegie Mellon skupia się na procesach wytwarzania części bezpośrednio z metalu. Rozwijany jest tu nowy sposób podejścia do przyrostowej obróbki metali – łączenie danych procesu w celu zapewnienia zintegrowanego rozumienia tej technologii. Takie całościowe spojrzenie na obróbkę addytywną ma na celu określenie przyszłości tego rodzaju produkcji, począwszy od tworzenia elementów metalowych po druk na potrzeby bioinżynierii.

Standardy wytwarzania przyrostowego

W maju 2016 roku w Pittsburgu odbyła się konferencja RAPID + TCT, poświęcona wytwarzaniu przyrostowemu. Omawiano na niej m.in. standardy dotyczące tego rodzaju obróbki. Wśród uczestników znajdował się dr Mohsen Seifi, dyrektor programu produkcji addytywnej w firmie ASTM International. Z jego wystąpienia dowiedzieliśmy się, że zakres prac związanych z rozwojem takich standardów określono już w roku 2016 w porozumieniu zawartym między ASTM International oraz Międzynarodową Organizacją Normalizacyjną ISO. Podjęto się tego zadania, by skoordynować tworzenie standardów związanych z dostawą materiałów, procesami, sprzętem oraz właściwościami gotowego detalu, spełniając przy tym normy przemysłu lotniczego, medycznego, motoryzacyjnego i innych.

Jak wyjaśnił Pat Picariello, dyrektor operacyjny ds. rozwoju w ASTM International, jego firma pomaga stworzyć „Przewodnik po standardach obróbki addytywnej” (Standardization Roadmap for Additive Manufacturing) – plan realizowany przez grupę AMSC (Additive Manufacturing Standards Collaborative). Dodajmy, że członek zarządu AMSC, Jim Williams, opowiedział się podczas konferencji za nowymi standardami obróbki addytywnej i specyfikacjami dla przemysłu kosmicznego, zbrojeniowego, medycznego oraz innych dziedzin.

Detale z metalu tworzone techniką druku 3D, stworzone w The NextManufacturing Center. Źródło: Carnegie Mellon University – College of Engineering

Badania i przyszłość produkcji przyrostowej

Wśród tematów pittsburskiej konferencji znalazły się również badania akademickie dotyczące obróbki addytywnej. Sympozjum odbywało się w NextManufacturing Center na Uniwersytecie Carnegie Mellon – założonym po to, by propagować dyskusję o technologiach wytwarzania przyrostowego oraz rozwijać współpracę przedsiębiorców, rządu i sektorów non profit.

Jako mówcy wystąpili najlepsi specjaliści z tej gałęzi przemysłu – przedstawiciele firm General Electric, Ansys, Arconic, Ati Powder Metals, Catalyst Connection oraz America Makes, jak również badacze z uniwersytetów Piittsburskiego, Carnegie Mellon oraz Penn State.

Redakcja „Control Engineering” zapytała dwóch prelegentów o to, jakich rad odnośnie przemysłowego druku 3D udzieliliby w oparciu o własne badania i doświadczenie zawodowe.

– Być może najważniejszym obszarem badań nad obróbką addytywną jest dziś monitorowanie procesu i sterowanie nim, które będą napędzały tę dziedzinę przez następnych dziesięć lat – ocenia dr Jack Beuth, wykładowca mechaniki na Uniwersytecie Carnegie Mellon oraz dyrektor NextManufacturing Center. – Firmy działające w sektorze obróbki metali powinny traktować wytwarzanie przyrostowe poważnie, zbierając informacje i szacując, jak ten typ obróbki może wpłynąć na ich własne poczynania biznesowe. Procesy ulegają szybkim zmianom, a wszystko, co widzimy, przekonuje nas, że w przyszłości tempo zmian jeszcze wzrośnie.

– Użytkowników drukarek proszkowych 3D przekonujemy, że istnieją pewne uzasadnione parametry procesu dla danej maszyny, podyktowane prawami fizyki działającymi w danym procesie – dodaje dr Anthony Rollett, wykładowca materiałoznawstwa i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Carnegie Mellon, a także zastępca dyrektora NextManufacturing Center. – Te parametry mogą być zmieniane w zależności od różnic w wykonywanych detalach.

Opracował Mark T. Hoske, redaktor CFE Media i magazynu „Control Engineering”.