A Louisville Egyetem kutatói a jelenleg fejlesztés alatt álló új 3DSIM szoftverrel kifinomult nyomtatási előképek létrehozását szeretnék lehetővé tenni az ipari 3D nyomtatási technológiák támogatásához. Dr. Stucker, a szoftver fejlesztője elmagyarázta, hogy jelenleg a 3D-s fémnyomtatás minőségvezérlési folyamata magában foglalja az adott alkatrész újra és újranyomtatását, egészen addig, amíg a nyomtatási folyamat el nem ér egy elégséges ismételhetőségi színvonalat. Ez a próba szerencse alapú megközelítés nemcsak időpazarló, de költséges is. A 3DSIM célja az ilyetén megközelítés problémáinak megkerülése a nyomtatás szimulálásával, a tényleges nyomtatás bekövetkezte előtt és közben, ami bonyolult algoritmusok és folyamat közbeni analízis segítségével történik.
A szoftver fejlesztése során Dr. Stucker ugyanazt a titán alkatrészt ugyanazzal a nyomtatási módszerrel többször is kinyomtatta, csupán az alkatrész orientációját változtatta meg. A csapata sikerrel bizonyította, hogy függőlegesen nyomtatva, a vízszintessel ellentétben, az alkatrészben minden egyes réteggel maradó feszültség halmozódott fel. Két alkatrész, a tervek alapján tökéletesen egyformák, mégis lényegesen eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkeztek. A támasztó szerkezetek is nagy hatással bírtak a nyomtatott alkatrész végleges minőségére, ugyanis a különböző orientáltságú alkatrészeket támasztó különböző alátámasztások esetenként olyan tisztítást igényelnek, amelyek veszélyeztethetik az alkatrész szerkezeti integritását.
Annak érdekében, hogy sikerrel megjósolja a felhalmozódó feszültség vagy az alátámasztás okozta deformációkat a 3DSIM egy olyan technológiát alkalmaz, ami kombinálja az alapanyag szimulációját magának a nyomtatási folyamatnak a szimulációjával. Az alapanyag oldaláról a szoftver megpróbálja megjósolni az anyag kristályszerkezet szintű jellemzőit és azok hatását a gyártmány mechanikai tulajdonságaira. A folyamat szempontjából pedig a program analizálja a hőmérsékletből adódó feszültség és torzulások hatását a kész nyomtatott alkatrész jellemzőire.
A háttérben álló matematika és programozási technika, amelyek segítségével a szoftver alkalmas a feladatra meglehetősen bonyolult. Dr. Stucker világossá tette, hogy a jelenlegi analizáló szoftver közelében sincs annak a számítási teljesítménynek, ami a célul kitűzött valósidejű elemzések elvégzéséhez szükséges lenne, valamint a jelenleg rendelkezésre álló számítógépek sem alkalmasak a feladatra. Éppen ezért a 3DSIM a végeselemes módszer (VEM) és a sajátérték, sajátvektor kereső technológia kombinációját fogja alkalmazni. A részletekben való elmerülés, illetve azok megértése nélkül, a VEM egy hatékony eszköz az adatok feldolgozására, azonban ebben az esetben elképesztő számítási kapacitást igényelhet. Ebből kifolyólag a 3DSIM a VEM segítségével csak az lézer által megolvasztott fémmennyiség viselkedését fogja elemezni, miközben a sajátérték, sajátvektor kereső a 3-4 réteggel korábban létrehozott kristályok modellezésével foglalkozik. Ennek az együttesnek köszönhetően, Dr. Stucker jóslata szerint, a 3DSIM 66-szor gyorsabban szolgáltat majd eredményt, mint az ANSYS.
Azonban még további problémák állnak fenn Dr. Stucker szoftverével kapcsolatban. Ahogy az egyik Inside 3DP oldalán közzétett dián fogalmaz, „a módszertani számítások származtatása új problémák esetén rendkívül nehézkes, a szoftver kizárólag olyan fizikai problémák megoldására alkalmas, amelyekre már létrehoztuk a sajátvektoros megoldást.” Máshogy fogalmazva a 3DSIM remekül megbirkózik olyan fizikai objektumokkal és folyamatokkal, amelyek megoldását már korábban lemodellezték, azonban már nem annyira hatékony új modellek esetében. Dr. Stucker bízik abban, hogy a vállalata idővel képes lesz megbirkózni ezzel az akadállyal.
Amint a 3DSIM készen áll a piacra kerülésre a vállalat egyetlen csomagba sűrítve és összetevőnként is forgalomba fogja hozni. A „minden amit a 3DSIM kínálni tud” csomagok a diái alapján tartalmazni fognak „konzultációt elősegítő szimuláció feladat csomagokat, felhő alapú, felhasználás specifikus szolgáltatásokat és licencet a kombinált hardver-szoftver platformokhoz.” Kínálni fognak speciális eszközöket is, mint „a torzulás előrejelző és kompenzáló eszközt, az optimális alátámasztást generáló eszközt, valamint a jövőben megjelenő nyomtatók vezérlő szoftvereit és még sok egyebet.”
Dr. Stucker hisz abban, hogy a rendszere forradalmasítani fogja az ipari 3D nyomtatást. Szerinte a 3DSIM segíteni fogja a jelenlegi 3D nyomtató tulajdonosokat a meglévő gépeik optimalizálásában, valamint a felhasznált alapanyagok megfelelő felhasználásában. A rendszer biztosítja a minőségvezérlést és a nyomtatás teljesítményének előrejelzését már a nyomtatás megkezdése előtt. Ezen felül hisz abban is, hogy a szoftver segíteni fog az additív gyártórendszerek fejlesztésével foglalkozó vállalatok számára a jövő gépeinek jobbá tételében. Összességében kijelenthető, hogy a szoftver mindenre képes, amire a berendezés gyártóknak jelenleg szüksége van a fejlesztéseikhez.
Forrás: 3dprintingindustry.com
Képek: 3dsim.com
–
További információ
A 3DSIM honlapján.
–