Maximizando a Eficiência CAD na Manufatura Aditiva

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

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

Para equipes de engenharia e fabricantes, a produtividade dependerá da eficácia de suas ferramentas de projeto, seja a qualidade de suas suítes CAD ou sua capacidade de interoperar com partes usando diferentes suítes CAD. Por exemplo, o tempo gasto na correção de arquivos e contornando problemas técnicos do uso de certos formatos de arquivo (como STL) é tempo adicionado ao time-to-market.

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

O que é CAD?

Seja na manufatura aditiva ou mesmo na subtrativa, o processo de projeto de quase todos os produtos começa no CAD. O SolidWorks está entre várias suítes CAD populares no mercado, usado para projetar um produto — seja como uma coleção de peças individuais ou como um sistema completo — bem como testar e qualificar seus atributos de projeto antes da manufatura.

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. Como o IGES, o STL agora é amplamente usado na indústria de impressão 3D, especialmente como meio para permitir que equipes com diferentes suítes CAD interoperem facilmente entre si como parte de um projeto de desenvolvimento de produto mais amplo.

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Entendendo o Fluxo de Trabalho de Engenharia

Projeto

O fluxo de trabalho de engenharia e desenvolvimento de produto começa em uma suíte CAD. Hoje, 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, o SolidWorks também oferece ferramentas especializadas para incorporar chapa metálica, moldes, soldas e superficiamento em seu trabalho de projeto principal. Em outras palavras, o arquivo de projeto CAD pode refletir efetivamente o produto real pretendido com fidelidade completa.

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

Análise

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

É claro que a qualidade da análise — que inclui simulação e visualização — depende da capacidade oferecida pela suíte CAD (o SolidWorks inclui esses recursos). No entanto, a simulação permite que designers reduzam suas necessidades de prototipagem e custos de testes físicos identificando e corrigindo problemas de projeto durante a fase principal de design.

Por exemplo, as ferramentas de análise do SolidWorks, que usam o método de Análise de Elementos Finitos (FEA), incluem simulação linear estática, baseada em tempo e fadiga de alto ciclo no nível padrão. Em níveis superiores, engenheiros podem determinar a durabilidade de seus projetos, topologia, frequências naturais e conduzir uma gama de testes estáticos não lineares e dinâmicos não lineares.

Preparação

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

Converter para STL tem suas vantagens e restrições. Por um lado, certamente permite que um arquivo de design original feito em CAD seja manufaturado através 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, alterações feitas no arquivo STL não serão automaticamente refletidas no arquivo de design original no CAD; o processo é unidirecional, onde alterações devem ser feitas no CAD para que se reflitam no arquivo STL. Isso adiciona uma camada de ineficiência ao processo de prototipagem (o que torna o trabalho de simulação e visualização feito no 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 no aumento do número de triângulos para diminuir a rugosidade, você corre o risco de aumentar drasticamente o tamanho do seu arquivo STL a ponto de ele ser grande demais para as impressoras 3D lerem.

Impressão

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

Para substituir o STL, o Consórcio 3MF (do qual a empresa-mãe 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 impressoras 3D leiam arquivos de design CAD com fidelidade total — ou seja, com as cores, texturas e outros elementos de design pretendidos pelo designer original. Também é destinado a ser extensível e adaptável à tecnologia emergente de impressão 3D.

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

Por que Aproveitar o 3D InterOp

Com o STL um elemento essencial para conectar as fases de projeto e produção na impressão 3D, é crítico que usuários finais sejam capazes de minimizar o tempo gasto na correção de arquivos (ou seja, de CAD para STL), seja do SolidWorks ou de outras suítes CAD. Na verdade, a interoperabilidade é essencial, pois nem todo fluxo de trabalho de engenharia usa SolidWorks.

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

Você precisa dessas capacidades, e embora adicioná-las seja possível, isso simplesmente aumentará seu tempo de mercado e custos. Entre em contato com a Spatial hoje para integrar rapidamente esses recursos de commodity e focar seus recursos limitados de negócios na diferenciação e aceleração do time-to-market.