Como aproveitar totalmente o CAD no processo de manufatura aditiva

As principais fases envolvidas na manufatura aditiva são a de projeto e o processo de fabricação. Praticamente, o trabalho de projeto é feito em uma suíte de desenho assistido por computador (CAD), como SolidWorks (e outros), enquanto a fase de produção física - ou seja, impressão 3D - é facilitada pela exportação do arquivo CAD (por exemplo, SLDPRT) para STL, um formato que pode ser lido por impressoras 3D com visualizador de XML 3D.

No entanto, existem várias etapas importantes em ambas as fases do processo de manufatura aditiva.

Tanto para as equipes de engenharia quanto para os fabricantes, a produtividade dependerá da eficácia de suas ferramentas de projeto, seja da qualidade de seus conjuntos de CAD ou de sua capacidade de interoperar com partes que usam diferentes conjuntos de CAD. Por exemplo, o tempo gasto na recuperação de arquivos e na solução de problemas técnicos do uso de determinados formatos de arquivo (como STL) é tempo adicionado ao tempo de lançamento no mercado.

Neste artigo, examinamos esses fatores no ciclo de vida da manufatura aditiva e destacamos como desenvolvedores de aplicativos e fabricantes de impressoras 3D podem posicionar seus produtos como soluções.

O que é CAD?

Seja manufatura aditiva ou até manufatura subtrativa, o processo de projeto de quase todos os produtos começa no CAD. O SolidWorks está entre vários conjuntos de CAD populares no mercado, ele é usado para projetar um produto - seja como uma coleção de peças individuais ou como um sistema inteiro - bem como testar e qualificar seus atributos de projeto antes da fabricação.

O que é STL?

STL (abreviação de STereoLithography ou Standard Tessellation Language) foi lançado em 1987 para permitir que impressoras 3D de estereolitografia lessem arquivos CAD. Assim como o IGES, o STL agora é amplamente utilizado na indústria de impressão 3D, especialmente como um meio de permitir que equipes com diferentes suítes CAD interoperem prontamente umas com as outras como parte de um projeto mais amplo de desenvolvimento de produtos.

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Compreendendo o fluxo de trabalho de engenharia

Projeto

O fluxo de trabalho de engenharia e desenvolvimento de produtos começa em uma suíte CAD. Hoje, os usuários de CAD podem aproveitar uma variedade de ferramentas para projetar objetos não apenas em 3D, mas com a capacidade de incorporar um grande número de detalhes, como cor, textura e outros elementos de design.

Na verdade, a SolidWorks também oferece ferramentas especializadas para incorporar chapas metálicas, moldes, soldas e revestimentos em seu trabalho de projeto principal. Em outras palavras, o arquivo de projeto CAD pode refletir efetivamente o produto do mundo real pretendido com total fidelidade.

O SolidWorks também equipa os engenheiros para abordar seu trabalho de projeto de diferentes maneiras. Por exemplo, um engenheiro que projeta com capacidade de fabricação em mente pode projetar, armazenar e recuperar peças individuais como arquivos SLDPRT e combinar esses arquivos SLDPRT em um arquivo SLDASM (consulte este artigo para entender as diferenças entre arquivos SLDPRT e SLDASM).

Análise

A capacidade de projetar arquivos CAD com o design do mundo real pretendido - como estética, geometrias de superfície, mecânica, cores e materiais - também abre as portas para as equipes de design testarem e verificarem a viabilidade do design virtualmente (ou seja, antes da prototipagem física).

É verdade que a qualidade da análise - que inclui simulação e visualização - depende da capacidade oferecida pelo pacote CAD (o SolidWorks inclui esses recursos). No entanto, a simulação permite que os projetistas reduzam suas necessidades de prototipagem e custos de testes físicos, identificando e corrigindo problemas de projeto durante a fase principal do projeto.

Por exemplo, as ferramentas de análise do SolidWorks, que usam o método de Análise de Elementos Finitos (FEA), incluem simulação linear estática de movimento baseado em tempo e fadiga de alto ciclo na camada padrão. Em níveis mais altos, os engenheiros podem determinar a durabilidade, topologia, frequências naturais de seus projetos e realizar uma série de testes estáticos não lineares e dinâmicos não lineares.

Preparação

Com as suítes CAD atuais, o estágio de prototipagem física e teste deve ser menor no consumo de tempo e recursos fiscais. No entanto, os designers geralmente devem exportar o arquivo CAD original para STL para que as impressoras 3D interpretem corretamente o arquivo de design original.

A conversão para STL tem suas vantagens e restrições. Por um lado, certamente permite que um arquivo de projeto original feito em CAD seja fabricado por meio de impressão 3D. No entanto, o STL não lerá as cores, texturas e outros elementos de design do seu design original (incluindo metadados).

Além disso, as alterações feitas no arquivo STL não serão refletidas automaticamente no arquivo de projeto original em CAD; em vez disso, o processo é uma maneira pela qual as alterações devem ser feitas no CAD para que reflitam o arquivo STL. Isso adiciona uma camada de ineficiência ao processo de prototipagem (o que torna o trabalho de simulação e visualização feito em CAD ainda mais importante).

Finalmente, o refinamento feito com arquivos STL deve ser feito com cuidado. Embora você possa codificar o arquivo STL em ASCII e trabalhar para aumentar o número de triângulos para diminuir a grosseria, você corre o risco de aumentar drasticamente o tamanho do seu arquivo STL, tornando-o muito grande para as impressoras 3D lerem.

Impressão

Hoje, a ampla adoção e maturidade técnica da STL a tornam uma necessidade para a impressão 3D.

Para suplantar o STL, o Consórcio 3MF (do qual a empresa controladora da Spatial, Dassault Systèmes é membro fundador) está trabalhando para que a indústria de manufatura aditiva adote o 3MF.

O novo formato usa ASCII em XML para permitir que as impressoras 3D leiam arquivos de design CAD com total fidelidade - ou seja, com as cores, texturas e outros elementos de design pretendidos pelo designer original. Também se destina a ser extensível e adaptável à tecnologia de impressão 3D emergente.

No entanto, 3MF é um fator de longo prazo. Atualmente, o STL ainda é o formato de arquivo dominante em uso pela indústria de manufatura aditiva. Aqueles que desenvolvem aplicativos e hardware para aqueles no espaço de impressão 3D devem acomodar o manuseio STL.

Por que aproveitar o 3D InterOp

Sendo o STL um elemento essencial para unir as fases de projeto e produção na impressão 3D, é fundamental que os usuários finais sejam capazes de minimizar o tempo gasto na recuperação de arquivos (ou seja, de CAD para STL), seja do SolidWorks ou de outros conjuntos de CAD. Na verdade, a interoperabilidade é essencial, pois nem todo fluxo de trabalho de engenharia usa o SolidWorks.

O kit de desenvolvimento de software 3D InterOp (SDK) da Spatial equipa os desenvolvedores de aplicativos para integrar a interoperabilidade em suas ofertas para empresas de manufatura aditiva. Seja para impressoras 3D ou para aplicativos destinados a visualizar diferentes formatos de arquivo CAD, o 3D InterOp permite equipar rapidamente suas ofertas com os requisitos básicos da indústria de manufatura aditiva.

Você precisa desses recursos e, embora seja possível adicioná-los, isso simplesmente aumentará seu tempo de lançamento no mercado e custos. Entre em contato com a Spatial hoje para integrar rapidamente esses recursos de commodities e concentrar seus recursos de negócios limitados na diferenciação e na aceleração do tempo de lançamento no mercado.