Entrevista com especialista:Tecnólogo-chefe da ANSYS para obter sucesso na impressão em Metal 3D com simulação

A impressão 3D em metal pode ser um negócio complicado. Com problemas em potencial, incluindo distorção térmica, tensões residuais, rachaduras e empenamentos, o processo de impressão de metais costuma ser difícil de prever, muito menos de controlar. É aqui que entra o software de simulação.

O software de simulação pode ser utilizado para projetar e simular peças e processos de metal, com o objetivo de minimizar as falhas de impressão na fase de projeto, antes de uma peça ser enviada para impressão.

Uma empresa que deseja liderar o mercado de software de simulação de metal é a ANSYS . A empresa de um bilhão de dólares, famosa por seu software de simulação de engenharia, mudou-se para a esfera de manufatura aditiva com seu Additive Suite software, uma série de simulação de metal e ferramentas de design avançadas.

Juntamente com uma série de aquisições estratégicas que incluem a empresa de simulação de metal, 3DSIM, e a empresa de materiais, Granta Design, ANSYS está ativamente tomando medidas para expandir seus recursos de simulação para impressão 3D de metal.

Esta semana, falamos com Dave Conover, Tecnólogo Chefe de Fabricação de Aditivos da ANSYS, para discutir como a empresa está ajudando engenheiros a navegar no mundo da impressão 3D de metal, o estado atual do mercado de impressão 3D de metal e como as empresas podem começar com o tecnologia.

Você poderia nos contar um pouco sobre ANSYS e os problemas que você está resolvendo?

ANSYS é um fornecedor de software de simulação para engenharia mecânica. Historicamente, nossos clientes têm usado nosso software para simular como um produto vai funcionar na vida real.

Mas com a chegada da manufatura aditiva, vimos que não havia apenas a necessidade de simular o produto e como será utilizado, mas também para simular o próprio processo, devido à natureza do processo de fabricação de aditivos. Isso inclui observar coisas como distorção de peça e potencial fratura e rachadura.

Portanto, como parte de nosso contínuo de design, queríamos explorar a melhor forma de simular esse processo aditivo.

Agora fornecemos ferramentas para aditivos em termos de simulação de processo e estamos mais envolvidos com o elemento de design também. Isso inclui o projeto para as propriedades do aditivo, com ferramentas como a otimização da topologia, que é o processo de permitir que um computador conduza o projeto de uma peça com base em seus requisitos funcionais.

Também olhamos para coisas como estruturas treliçadas, que você não pode produzir de outra forma a não ser com aditivo.

Você poderia nos dar uma visão mais detalhada sobre o pacote aditivo ANSYS e como o software funciona?

Claro. No geral, as soluções que oferecemos são segmentadas em três áreas.

O primeiro é desenvolvido para o operador de máquina ou engenheiro de projeto, que precisa usar uma máquina para imprimir uma peça. Eles precisam de uma ferramenta que lhes dê uma visão rápida da distorção que será produzida na construção e ofereça maneiras de explicar essa distorção - o que é conhecido como compensação.

Portanto, a primeira solução que temos é uma ferramenta chamada Impressão Aditiva . É direcionado ao operador da máquina que recebe um arquivo STL do grupo de projeto e cujo trabalho é imprimi-lo com sucesso.

Em segundo lugar, também fornecemos ferramentas para a equipe de design, um grupo que historicamente usa nossos produtos para ver como uma peça se comportará na realidade. Mas agora demos a eles as ferramentas para simular o processo para que possam projetar uma peça antecipadamente para a manufatura aditiva.

A terceira solução que oferecemos é chamada Ciência Aditiva . Esta é uma ferramenta para cientistas de materiais e engenheiros que estão projetando o processo. Eles precisam entender as máquinas e ver coisas como quais configurações são necessárias para uma máquina ter uma boa construção, para que tenhamos uma construção que não tenha muita porosidade e tenha a microestrutura certa necessária para obter o desempenho que nós quer de uma parte.

Portanto, essas são as três soluções:uma para as pessoas que projetam uma peça para o aditivo, uma para as pessoas que operam as máquinas e, finalmente, uma para aqueles que estão tentando descobrir os parâmetros ideais da máquina em a fim de obter uma construção bem-sucedida.

Existem setores específicos que estão se beneficiando mais com o seu software de simulação?

Um dos primeiros a adotar é certamente a indústria aeroespacial.

Vimos interesse inicial aqui por causa das ofertas AM leves e da necessidade da indústria de produzir essas peças complexas, leves e multifuncionais.

Biomédica também é outra área que tem um interesse crescente no metal AM.

Mas, realmente, o interesse na impressão 3D de metal está agora se espalhando para muitas outras indústrias que estão olhando para a tecnologia para obter uma vantagem competitiva ou para reduzir os custos de impressão única, produtos de pequenos lotes que estão sendo desenvolvidos hoje.

Você mencionou o interesse do setor biomédico pelo metal AM. Como o setor biomédico está usando a tecnologia e onde a simulação se encaixa nisso?

A principal área de aplicação são as próteses e implantes que normalmente são feitos de metal. Aqui, a personalização é a chave. Você está fazendo um ou um pequeno lote de certos tamanhos que serão específicos do paciente. Com o aditivo, isso pode ser feito muito facilmente - é simplesmente o caso de fazer um design específico para o implante, prótese ou outro dispositivo médico.

Claro, o problema que você tem com o processo de metal é que você acaba com distorção. A peça que foi projetada e a peça que sai da impressora não são necessariamente a mesma devido às distorções térmicas que ocorrem durante o processo de construção.

Levar em conta isso e ser capaz de reverter essas distorções é importante. A simulação garante que, quando você projeta a peça e quando ela é impressa, você pode distorcê-la na forma desejada, de modo que se ajuste ao rosto da pessoa ou ao implante de quadril ou onde for necessário em um procedimento médico.

Há alguma limitação no software de simulação existente - algo que a tecnologia não pode fazer?

Bem, a fabricação real é um processo muito complexo; há muita coisa acontecendo, com lasers atingindo essas partículas de pó. É difícil até mesmo entender a física, quanto mais explicá-la no software de simulação.

Portanto, todo software de simulação de hoje possui algum nível de suposições que limitam a precisão que pode oferecer. Essa é provavelmente a maior desvantagem agora:eles não podem ser tão precisos quanto você gostaria.

Dito isso, é certamente um campo em evolução e há uma tonelada de pesquisas em andamento para entender o processo e ser capaz de criar metodologias para simulá-lo com mais precisão. Estamos envolvidos em muitos projetos de pesquisa em todo o mundo, tentando avançar a fim de obter melhor precisão.

O aspecto único sobre a impressão 3D com metais é que você está fazendo o material à medida que você faz a peça. É muito diferente de qualquer um dos outros processos de fabricação.

Portanto, entender como você controla os parâmetros do processo para fazer o material sair como você deseja no final - com a resistência à fadiga certa e a porosidade e microestrutura certas - é algo em que estamos trabalhando para permitir que você observe esse nível de detalhe.

A que distância você diria que estamos disso?

Estamos muito perto. Estaremos lançando no próximo ano ou depois com produtos que serão capazes de fazer esse tipo de simulação.

Embora tenhamos que fazer muita validação e calibração para sermos eficazes, estamos confiantes de que entendemos o processo bem o suficiente para fazer isso. É apenas uma questão de dedicar um tempo para desenvolver o software.

ANSYS adquiriu a empresa de simulação de metal, 3DSIM em 2017. O que despertou o desejo na época de mergulhar na manufatura aditiva?

Simplesmente, nossos clientes estavam mergulhando na tecnologia. Percebemos que tínhamos que apoiá-los em seus esforços:eles usam nossas ferramentas para projetar produtos e agora estão migrando para a manufatura aditiva. Eles precisavam de ferramentas para ajudá-los a projetar esses produtos com a tecnologia.

Também percebemos desde o início que eles não apenas precisavam de ajuda para projetar produtos, mas também de ajuda para entender a tecnologia e o próprio processo - coisas como distorções e tensões residuais, por exemplo.

À medida que começamos a explorar a oportunidade, sabíamos que não seríamos capazes de desenvolver uma solução organicamente por nós mesmos tão cedo, especialmente no que diz respeito a microestruturas.

Assim encontramos a 3DSIM, uma empresa que já tinha começado a embarcar nesta área. Eles desenvolveram muita tecnologia excelente, tinham uma grande equipe de pessoas - e era uma escolha natural para nós na época.

ANSYS também adquiriu recentemente a Granta Design, com sede em Cambridge. Que impacto isso terá nas suas capacidades de AM?

Granta Design é essencialmente uma empresa de informação material. Você poderia até dizer que eles são o PLM de dados de materiais, pois gerenciam dados de materiais para empresas.

Onde nos cruzamos em adição é que há muitos dados associados ao processo de AM, como uma máquina configurações, por exemplo. ANSYS e Granta Design viram a necessidade de ajudar as empresas a controlar e entender esses dados de volume.

Por exemplo, uma área em que temos colaborado é a capacidade de gerenciar as configurações da máquina. Isso significa que quando uma empresa faz uma simulação de impressão, as configurações da máquina que usam em suas impressoras podem ser copiadas para o banco de dados para serem baixadas facilmente e colocadas no programa de simulação.

Da mesma forma, com o Granta gerenciando os dados do material, esses dados podem ser puxados para o software de simulação. Isso permite que você tenha certeza de que está usando o material correto e validado para essa empresa e para esse material. Portanto, estamos fazendo a mesma coisa do lado aditivo - gerenciando esses dados.

Existem outras parcerias em andamento sobre as quais você possa falar?

Certamente estamos sempre procurando construir o ecossistema em todo o nosso fluxo de produtos. Atualmente, estamos nos concentrando em algumas áreas.

Um deles é expandir nosso espaço de física. Recentemente, compramos uma empresa de óptica, à medida que avançamos para a simulação óptica - ou simulação de luz, se preferir. É uma área muito importante para veículos autônomos, por exemplo, na qual estamos fortemente envolvidos.

No espaço aditivo, também estamos trabalhando na construção desse ecossistema. Estamos sempre observando como nossos clientes estão usando nossos produtos e onde estão seus pontos fracos. A partir disso, tentamos ver se podemos ajudar a entregar uma solução, seja algo que podemos fazer organicamente ou por meio de uma aquisição ou parceria.

Daqui para frente, acho que definitivamente haverá mais por vir porque, com a AM, há tantos jogadores e peças que uma empresa precisa juntar para realmente ser capaz de chegar a um processo de fabricação eficaz. Portanto, se pudermos fornecer o máximo possível dessas soluções para tornar esse fluxo de trabalho o mais simples possível, todos se beneficiarão.

Que conselho você daria a uma empresa que deseja adotar a impressão 3D em metal?

Certamente, as grandes empresas têm os recursos e a capacidade de mergulhar na tecnologia. Mas é um pouco mais difícil se você for uma pequena empresa.

Dito isso, existem algumas coisas que você pode fazer.

Uma das primeiras coisas a descobrir é quais peças e ideias você pode produzir que farão sentido comercial. Muitos bureaus de serviços de impressão 3D terão essa experiência e podem aconselhar e fabricar peças para você.

Usar esses provedores de serviço é uma maneira de começar a usar a tecnologia. Portanto, em vez de investir em máquinas e tentar entendê-las, o que é um grande esforço, tudo o que você precisa fazer é criar alguns designs e solicitar que um provedor terceirizado os imprima para você.

Também é importante reconhecer que você não vai simplesmente pegar uma máquina, ligá-la e começar a imprimir desde o primeiro dia. Vai levar algum tempo para adquirir experiência e compreensão da tecnologia. Certamente, há muitos cursos que você pode fazer, muitos conhecimentos e consultorias que você também pode aproveitar.

Por último, é também uma questão de paciência. Certamente, as máquinas estão cada vez melhores e geralmente há um melhor entendimento no setor do que há cinco anos. Eventualmente, queremos chegar a um ponto em que tudo o que temos que fazer é apenas conecte as máquinas como faria em um processo normal de manufatura. Acho que chegaremos lá eventualmente com a impressão 3D, mas ainda não chegamos lá. Portanto, levará algum tempo para desenvolver ainda mais a tecnologia.

Como você vê o status atual da impressão 3D de metal?

Tem sido muito interessante vê-lo evoluir. Definitivamente, houve muito entusiasmo no início - a curva de entusiasmo do Gartner fala sobre isso, especialmente com os primeiros adeptos entrando.

Em seguida, houve a fase de calmaria em que a indústria reconheceu que não seria tão fácil quanto parecia ser.

Mas acho que já passamos pela fase de empolgação e agora pela fase de calmaria. As expectativas são muito mais realistas e há uma melhor compreensão do que pode ser feito com o aditivo e com que rapidez você pode adotá-lo.

Acho que agora estamos vendo um aumento:nos próximos anos, espero que as vendas de impressoras 3D de metal continuem a subir, talvez não tão agressivamente como no primeiro ou dois anos. Mas veremos a adoção melhorar de forma constante em todos os setores, não apenas nos primeiros a adotar, como aeroespacial e médica.

Em outras palavras, definitivamente superamos o obstáculo.

Que desafios você acha que ainda precisam ser resolvidos para acelerar a adoção da tecnologia?

Existem tantos pedacinhos. Mencionei que as máquinas e a tecnologia por trás delas ainda precisam amadurecer.

Outra parte é entender o fluxo de trabalho e levá-lo a um processo regulamentado que descreve como vamos do design à produção e pós-processamento. Mas a compreensão total disso levará um pouco mais de tempo.

Depois, há a questão do pós-processamento. Fatores como como tratamos termicamente essas peças e quando as tratamos termicamente? Há muito trabalho sendo feito nesta área agora, já que até mesmo essas coisas estão levando algum tempo para evoluir e entender.

No final das contas, todo o ecossistema de AM está fragmentado:há muitas pequenas soluções e empresas que você precisa juntar para criar um fluxo de trabalho e uma solução ponta a ponta.

Essa consolidação terá que continuar. Acho que isso tornará as coisas mais fáceis, especialmente para uma empresa que não tem a capacidade de comprar um monte de software e hardware diferentes para obter uma solução ponta a ponta.

Alguma reflexão final?

Eu terminaria dizendo que estamos em uma jornada com aditivos.

Ainda não chegamos lá:as máquinas ainda não chegaram, a compreensão de todo o processo ainda não chegou. Mas o que é empolgante é que nós somos chegando lá, gradativamente.

Na ANSYS, estamos trabalhando com clientes e fornecedores e desenvolvendo iniciativas de pesquisa para promover isso. Planejamos continuar evoluindo nossas ferramentas para torná-las melhores. E esperamos chegar ao ponto em que saibamos exatamente como projetar e construir para a manufatura aditiva - onde se tornará um processo básico como a usinagem é hoje.

Para saber mais sobre ANSYS e suas soluções de simulação, visite:https://www.ansys.com/