Peças de alta qualidade exigem CAD/CAM de alto nível

A eterna questão na fabricação com software CAD/CAM é como ajudar os construtores a tornar suas peças mais rápidas, baratas e melhores — o tempo todo. Com a última safra de lançamentos de software CAD/CAM, os desenvolvedores continuam a ajustar suas ofertas, adicionando novos recursos, incluindo recursos de design generativo, mais automação de processos de loja usados ​​com frequência, bem como mais ferramentas para a área emergente de manufatura aditiva.

Além disso, as simulações tornaram-se muito mais críticas, com máquinas multieixos altamente complexas exigindo o cálculo preciso dos elementos da máquina-ferramenta para evitar colisões catastróficas durante os processos de usinagem, tornando altamente desejável que o CAD/CAM ofereça recursos de visualização integrados.

Entre essas últimas tendências, o design generativo e a manufatura aditiva estão se destacando rapidamente. “Continuamos a ver mais aplicações para manufatura aditiva, novos recursos de manuseio de materiais e aumento da capacidade e desempenho da máquina”, observou Paul Brown, diretor de marketing sênior da NX Product Engineering, da Siemens Digital Industries Software, com sede em Plano, Texas. “Isso, por sua vez, aumenta as demandas das tecnologias CAD, permitindo que os engenheiros explorem novos projetos e adotem o poder e a flexibilidade que os novos métodos de fabricação oferecem.”

As empresas ainda estão procurando otimizar seus projetos por meio de ciclos de fabricação. Há um interesse contínuo em áreas como design para manufatura (DFM), verificando para aumentar a confiança na capacidade de fazer e construir o que é projetado, observou Brown.

Adotar a abordagem generativa

O design generativo ajudou os fabricantes a acelerar e refinar o processo de design. Significa projetar peças de maneira mais eficiente e desenvolver peças que sejam mais facilmente fabricadas.

“Com os fabricantes sob mais pressão do que nunca para entregar produtos melhores com mais rapidez e menor custo, a necessidade de conectar e automatizar os processos de projeto e fabricação para reduzir iterações, erros e prazos de entrega está se tornando crítica”, observou Sanjay Thakore, gerente de estratégia de negócios, Estratégia de Go-to-Market Fusion 360, para a Autodesk Inc., desenvolvedora de software CAD/CAM com sede em San Rafael, Califórnia.

“A combinação de convergência da indústria e nova tecnologia de fabricação está criando novas oportunidades de automação”, disse Thakore em entrevista publicada na edição de setembro da Manufacturing Engineering. “Desafios complexos de projeto e engenharia podem ser resolvidos por uma fração do custo [dos processos de projeto tradicionais] com a tecnologia de projeto generativo como apresentado no Autodesk Fusion 360.”

O design generativo é uma ferramenta de exploração que gera simultaneamente várias soluções prontas para CAD com base nas restrições de fabricação do mundo real, demandas de desempenho do produto e requisitos de custo. “Os engenheiros podem explorar o espaço do projeto considerando vários materiais e métodos de fabricação e escolher a opção que melhor equilibra os requisitos de desempenho e custo”, disse ele.

Algumas empresas estão começando a usar abordagens generativas para resolver problemas de design, observou Brown, da Siemens. “Isso lhes dá mais oportunidade de explorar formas e materiais alternativos para resolver um problema.” O desafio é como integrá-lo em um processo tradicional. “Com a modelagem convergente, temos a tecnologia que permite que as pessoas usem projetos generativos que são resultado de simulação e otimizações como geometria de modelagem central – combinando isso com técnicas tradicionais de modelagem e fabricação”, disse Brown.

Isso é ainda mais alimentado pelo uso de manufatura aditiva que permite formas e abordagens que não podem ser criadas usando técnicas tradicionais de fabricação, como estruturas de treliça. Estes reduzem drasticamente o peso dos componentes, mas mantêm as propriedades mecânicas de rigidez e outros fatores.

“Ter recursos integrados de programação CNC é fundamental para a produção de peças acabadas, o que permite a industrialização da manufatura aditiva”, disse Brown. “O uso desses tipos de tecnologias integradas está se expandindo gradualmente do protótipo inicial para a produção em massa – é aí que a Siemens está focada.” Ele disse que a empresa está analisando como habilita a AM em escala industrial, de tamanho de trabalho de 1 a 1.000.

Técnicas de design generativo produzem formas altamente orgânicas, observou Alan Levine, diretor administrativo da Open Mind Technologies USA Inc., Needham, Massachusetts, desenvolvedor do software hyperMILL CAD/CAM. “Essas formas podem ser fabricadas com técnicas tradicionais de moagem ou técnicas aditivas”, disse ele. “Ao usar a técnica aditiva, o fresamento é comumente usado como um processo secundário para alcançar a qualidade de acabamento superficial desejada.”

Um acabamento superficial superior para uma peça usinada requer configurações precisas no sistema CAM, porta-ferramentas de alta qualidade e máquinas-ferramentas precisas, de acordo com Levine. “A maioria dos sistemas CAM geralmente usa uma malha aproximada no topo da topologia da superfície do modelo. A vantagem deste método é ter um processo de cálculo uniforme, independentemente de como o sistema CAD ou os tradutores CAD definem as entidades de superfície”, disse Levine. A Open Mind recentemente adicionou um modelo de alta precisão para usinar diretamente nas superfícies das peças, melhorando a qualidade da superfície.

Rápido crescimento do aditivo

Novas técnicas para trabalhar com aplicações aditivas estão crescendo rapidamente, especialmente aquelas dentro de sistemas CAM para deposição de energia direcionada (pó ou fio), acrescentou Levine. “Alguns fornecedores de CAM abordaram esse potencial de mercado com uma nova estratégia de aditivos ou técnicas modificadas que foram aplicadas em sistemas de leito de pó”, disse Levine. “Usando o último, as estratégias do caminho da ferramenta são de alguma forma limitadas. A Open Mind desenvolveu um processo de programação aditiva que permite que quase todos os percursos de fresamento sejam adaptados para aditivos e inclui a tecnologia extra necessária para este mercado. Isso dá aos usuários a liberdade de criar um processo de programação, inclusive para estratégias de percurso 2D e 3D, bem como controle de cinco eixos quando necessário.”

A manufatura aditiva e a manufatura híbrida (aditiva e subtrativa na mesma máquina) estão crescendo em popularidade. Por quê? A maioria dos processos aditivos para metal não deixa um acabamento superficial adequado. As soluções híbridas possibilitam um acabamento fresado na mesma máquina e set-up que produziu as porções aditivas.

“Essas máquinas são interessantes para os usuários finais. A Open Mind atua em processos de manufatura aditiva baseados em desenvolvimentos de deposição de energia direcionada”, disse Levine. O uso inclui demonstrações com parceiros de máquinas, universidades e atividades de pesquisa, acrescentou ele, e também alguns usuários finais industriais que estão trabalhando com usinagem aditiva e híbrida de metais.

“A tendência de manufatura aditiva está nos levando a sistemas CAM híbridos”, disse Chuck Mathews, vice-presidente executivo da DP Technology Corp., Camarillo, Califórnia, desenvolvedor do software ESPRIT CAM. “Como exemplo, o ESPRIT Additive for Direct Energy Deposition está disponível no sistema ESPRIT CAM de espectro completo, oferecendo programação, otimização e simulação para processos aditivos e subtrativos em uma solução integrada.”

Mathews disse que o aplicativo Additive da ESPRIT fornece programação para máquinas-ferramenta multitarefa, multifuncional, multicanal, fresadora, aditiva e subtrativa. Processos aditivos e subtrativos são programados, otimizados e simulados juntos em uma única interface.

As técnicas aditivas estão encontrando seu caminho em quase todos os produtos CAD/CAM, pois a manufatura aditiva oferece aos usuários uma liberdade de projeto que não é encontrada nos métodos subtrativos tradicionais.

"Essas novas técnicas abriram maneiras inovadoras de criar peças que não podiam ser feitas no passado", disse Ben Mund, analista de mercado sênior da CNC Software Inc., desenvolvedora do software Mastercam em Tolland, Connecticut. “Ao combinar as superfícies de alta precisão obtidas com a fabricação subtrativa em processo com as técnicas aditivas, você obtém o melhor de ambos os processos”, disse Mund.

O software CAD/CAM precisa permitir que o engenheiro controle tanto o processo aditivo quanto o subtrativo, com ferramentas semelhantes. Mund disse procurar recursos como material de suporte, definição de material graduado, juntamente com técnicas como aninhamento 3D e orientação otimizada de peças, permitindo que o usuário do software controle todos os aspectos do processo de fabricação.

“A manufatura aditiva faz parte de nossa herança na 3D Systems, e estamos vendo muitas manufaturas aditivas e subtrativas lado a lado e integradas na indústria”, observou Daniel Remenak, gerente de produto – GibbsCAM, para construtor de máquinas aditivas 3D Systems Inc., Rock Hill, S.C. “À medida que esses fluxos de trabalho se tornam mais comuns, isso influencia as expectativas dos clientes em relação ao software de programação, que precisa ser capaz de ajudar os programadores a conectar essas tecnologias com eficiência. Nosso produto 3DXpert é dedicado principalmente a fluxos de trabalho aditivos, aproveitando nossa experiência em CAD em toda a empresa para suporte e geração de treliça, e nossa experiência em usinagem subtrativa para um mecanismo de fatiamento avançado e usinagem pós-impressão.”

Remenak disse que a equipe do GibbsCAM tem trabalhado com fornecedores e pesquisadores de máquinas CNC no desenvolvimento de técnicas dedicadas para programação de máquinas híbridas subtrativas e aditivas de deposição nos últimos anos.

Estratégias para Produção Rápida

O “pão com manteiga” da usinagem pode estar na automatização de funcionalidades usadas com frequência para usuários de chão de fábrica que precisam de resultados rápidos e precisos para fazer suas peças com alta qualidade, geralmente em grandes volumes e no prazo, o tempo todo. A chave para esses objetivos são as simulações em CAD, que mantêm as oficinas funcionando, garantindo que os programas de peças sejam executados corretamente, com zero colisões dispendiosas e o reino um pouco mais mundano das ferramentas CAD que são apelidadas de “CAD para CAM” - opções de parafusos necessários para fazer suas peças rapidamente.

“O foco principal de cada uma de nossas funções e aprimoramentos de CAD é baseado na ideia de 'CAD para CAM', o que significa preparar a peça para fabricação”, disse Mund, da CNC Software. “É o nosso objetivo número um. Se um usuário criou uma peça complexa do zero dentro do Mastercam ou precisa analisar e reparar áreas problemáticas de uma peça gerada em outro sistema CAD, nosso conjunto de ferramentas de wireframe, superfície e sólidos está disponível para deixar tudo pronto para a máquina sem demora.”

Mund disse que vários fatores influenciam o projeto CAD/CAM, mas a maioria envolve inovação, redução de custos, redução do tempo de lançamento no mercado e melhoria da eficiência. “Estamos constantemente ouvindo as necessidades de nossos clientes em relação às peças com as quais estão trabalhando e os problemas que podem encontrar, para desenvolver novas ferramentas que tornem mais coisas possíveis dentro do conjunto de ferramentas Mastercam CAD”, disse Mund. “Quanto mais rápido um usuário pode criar uma nova peça ou fazer edições em uma importada para apoiar o processo de fabricação, mais rápido ela pode ser programada e em uma máquina para corte.

Acelerar o tempo de colocação no mercado é fundamental, acrescentou. “Muitos ajustes podem ser feitos dentro do Mastercam com nossas ferramentas CAD, economizando tempo e despesas de envio de volta ao sistema CAD de origem. Nesse caso, permitimos que os programadores CAM façam alterações que suportem o processo de usinagem, seja projetando um acessório, construindo uma geometria temporária em processo ou reparando problemas no arquivo CAD original.

“Eficiência significa usar todas as nossas ferramentas com o objetivo de preparar a peça para a máquina – estrutura de arame, superfícies e sólidos, todos trabalhando juntos para esse propósito”, continuou Mund. Finalmente, a conectividade é importante. “No mundo CAD, isso pode significar a leitura em partes de todos os modeladores CAD que suportam formatos padrão da indústria como IGES e STEP e os proprietários comuns como SAT, DXF, DWG, X_T e assim por diante,”

Ele também acredita que isso significa que o modelo CAD em um arquivo de peça Mastercam está associado às informações CAM; alterar o modelo e os caminhos da ferramenta estão cientes e podem ser facilmente atualizados sem ter que começar do zero.

Outros fornecedores adotam abordagens semelhantes para CAD voltadas para usuários de CAM tradicionais. “A Open Mind projetou sua base hyperCAD-S (dentro do hyperMILL) para ser um módulo CAD para CAM. Os sistemas CAD populares nem sempre oferecem a melhor experiência de usuário para usuários de CAM”, disse Levine. “O foco no hyperCAD-S é simplificar as funções necessárias para conduzir um sistema CAM. Alguns exemplos são seleções de limite, extensões de face e seleções de filtro, como coplanar e coaxial, e outras funções para reparar e reajustar superfícies quando necessário.”

A Open Mind foi além, oferecendo sequências pré-definidas de utilitários CAD para o usuário CAM e dentro das estratégias CAM, sem a necessidade das seleções subjacentes, acrescentou.

“Por exemplo, na indústria de moldes e matrizes, as arestas vivas são críticas para o encaixe do núcleo e da geometria da cavidade para evitar rebarbas durante o processo de moldagem”, afirmou Levine. “Para obter uma aresta limpa e evitar que um cortador role sobre uma aresta, é benéfico estender essas superfícies e guiar o cortador adequadamente para dentro e para fora da peça.”

O módulo de acabamento de forma de nível Z do hyperMILL inclui uma extensão tangente automática para agilizar esse processo para o usuário. O resultado são superfícies e arestas usinadas sem seleções complicadas e etapas extras no processo de programação CAM.

Para usinagem complexa de vários eixos, as simulações são obrigatórias e as simulações em CAD se tornaram populares em comparação com algumas das simulações de terceiros mais caras do mercado. “Continuamos a ver fortes tendências para máquinas multitarefa complexas e aumento do uso e dependência de simulação de máquina”, disse Remenak da GibbsCAM. “As oficinas mecânicas estão focadas na aquisição de software que possa fornecer a melhor eficiência de programação, maior produtividade na máquina e ferramentas de validação mais fortes com pós-processadores comprovados e confiáveis.”

Desvios de Nixes pós-processamento

Sem um bom pós-processamento ou CAD/CAM completo que funcione com outras soluções de software de fabricação, os usuários podem acabar com desvios imprevistos. “O que torna um sistema CAM ‘bom’ em nossa opinião se resume à qualidade de seu pós-processador e ao suporte técnico do fornecedor”, disse Mathews, da DP Technology. “Quando as questões de programação são respondidas com rapidez e precisão e o sistema produz um bom código, a programação é simplificada e a utilização da máquina aumenta, enquanto os tempos de configuração e ciclo caem.”

A DP Technology se esforça para fornecer o melhor pós-processamento e suporte técnico disponíveis, afirma ele, acrescentando que “a estratégia ESPRIT é trabalhar em estreita colaboração com os fabricantes de máquinas-ferramenta e construir um Gêmeo Digital de cada CNC que inclui pós-processadores desenvolvidos na fábrica projetados para produzir código G otimizado para usinagem e sem edição”, disse Mathews. A DP Technology apoia o ESPRIT fornecendo treinamento direto da fábrica e suporte técnico para seus clientes norte-americanos por meio de uma equipe dedicada de engenheiros de aplicação ESPRIT.

Compras únicas

Pacotes completos podem atrair usuários que buscam compras completas em CAD/CAM, combinando CAD/CAM com inspeção e metrologia, ou com soluções PLM, ERP e MES.

“Uma das últimas tendências que ouvimos de nossos clientes e novos prospects é a necessidade de fornecermos soluções de fabricação completas, em vez de apenas software CAD/CAM”, disse Nick Spurrett, diretor regional para as Américas, Software de Produção, Hexagon Manufacturing Intelligence , North Kingstown, R.I. “Suas solicitações representam tudo, desde uma solução MES até soluções que os levarão até a verificação completa da máquina-ferramenta. Com a adição de NCSIMUL e WORKPLAN, a Hexagon Production Software está alinhando nossos negócios para responder a essas últimas tendências.”

A Hexagon Manufacturing Intelligence recentemente apresentou demonstrações de suas soluções de produção digital que compõem o portfólio de Software de Produção, composto pelos diversos títulos CAD/CAM da Vero Software, que foi adquirida pela Hexagon há alguns anos, além do NCSIMUL, um pacote de simulação e verificação, juntamente com as soluções de inspeção tradicionais da Hexagon.

“Continuamos a desenvolver todos os nossos produtos de fabricação, incluindo a criação mais rápida de percursos e fornecendo estratégias de formas de onda em todo o conjunto de produtos”, disse Spurrett sobre a linha recém-fundida. “Também estamos fornecendo a tecnologia Advanced Toolform com a introdução da usinagem de cinco eixos para qualquer formato de ferramenta.” Ele observou que ele permite que formas de ferramentas de cinco eixos, como barris, ovais, parabólicas ou qualquer forma, sejam calculadas sobre as superfícies da peça, incluindo deslocamentos negativos (permissões).

“O design para fabricação é uma das principais soluções que lançamos nos últimos 12 meses”, acrescentou Spurrett. “Estamos fornecendo uma solução CAD para CAM, ou CAD para Oficinas de Máquinas, para empresas que desejam aproveitar os dados CAD que recebem – ou trabalhar em um ambiente CAD que uma oficina mecânica ou um programador CNC pode aproveitar porque ele fornece o tipo de funcionalidade que eles precisam especificamente para fazer manufatura. O uso de modelagem direta permite que o usuário modifique diretamente a geometria empurrando ou puxando peças do modelo conforme o usuário achar melhor.”