O especialista da Altair, Ravi Kunju, discute software de simulação avançado para impressão 3D

Alcançar um fluxo de trabalho de preparação de projetos mais simples e rápido tem sido uma busca constante na indústria de impressão 3D. Projetar para Manufatura Aditiva é um processo complexo, com desafios e oportunidades únicos.

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‍ Portanto, são necessárias ferramentas relevantes para permitir que os engenheiros aproveitem ao máximo a flexibilidade de projeto da AM. A Altair é uma dessas empresas que desenvolve essas soluções. Altair é uma empresa global de tecnologia que fornece software e soluções em nuvem nas áreas de desenvolvimento de produtos, computação de alto desempenho e análise de dados.

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Na entrevista com especialistas desta semana, conversamos com Ravi Kunju, vice-presidente sênior de desenvolvimento de negócios e estratégia, design orientado a simulação, da Altair. Com Ravi, aprendemos mais sobre a ferramenta de software Altair Inspire Print3D lançada recentemente, o estado atual do software de simulação para impressão 3D, e exploramos alguns dos aplicativos AM interessantes habilitados pelas soluções Altair.

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Você poderia nos contar um pouco sobre Altair e os desafios que está resolvendo?

Somos uma empresa global de tecnologia que fornece software e soluções em nuvem na área de design de produtos, desenvolvimento de produtos, computação de alto desempenho e também análise de dados.

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Nossa visão, e o que temos feito nos mais de 30 anos de atuação, é transformar a tomada de decisões de produtos e negócios por meio de nossa tecnologia de simulação, nossas soluções de análise de dados e também de nossas soluções de otimização de design líderes do setor.

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Sou responsável pelos produtos de design orientados por simulação para Altair.

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Você lançou recentemente o software Altair Inspire Print3D. Você poderia explicar as diferentes soluções de software que você oferece?

Altair Inspire Print3D é apenas uma das muitas soluções que oferecemos. A Altair é líder na área de otimização há muitos anos. Temos clientes que utilizam nossa tecnologia de otimização para criar seus projetos para todos os tipos de métodos de fabricação - seja formação de chapa metálica, fundição, extrusão ou moldagem por injeção. Eles também usam nossa tecnologia para entender melhor os requisitos de desempenho e criar projetos generativos especificamente para um processo de fabricação. Nesse contexto, é importante compreender os dois extremos do espectro. Um é o que impulsiona o design e o outro é o que acontece quando você tem o design que deseja fabricar. Esses elementos se reúnem em nossa plataforma. Uma das coisas que fizemos com nossa plataforma Inspire foi trazer antecipadamente o processo de design baseado em simulação e tornar muito fácil para os projetistas entenderem e conduzirem os projetos, ao mesmo tempo em que estão completamente cientes do processo de fabricação. Como não é prudente separar o processo de fabricação dos requisitos de design, colocamos todos eles em um único ambiente através da nossa plataforma.

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Portanto, o Inspire Print3D está focado em duas coisas. Uma delas é que, na plataforma Inspire, ela permite que nossos usuários gerem projetos especificamente para qualquer processo AM; usando regras de fabricação específicas (restrições) que orientam o projeto para atender ao processo de fabricação. A segunda é pegar todos os requisitos de desempenho e combiná-los, e usar métodos numéricos avançados para gerar automaticamente um projeto para fusão seletiva a laser (SLM) ou deposição fundida (FDM) ou jateamento de ligante (MJF) ou fabricação aditiva de arco de arame (WAAM).

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Assim, o módulo Imprimir 3D permite não apenas gerar o design, mas também ajuda a validar virtualmente o desempenho do novo design que você criou.

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Simulação pelo software Inspire Print3D da Altair [Crédito da imagem:Altair]

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A primeira versão do Print3D permite ao usuário simular o processo seletivo de fusão a laser. Uma simulação termomecânica avançada está incorporada neste ambiente para avaliar quaisquer problemas de fabricação que possam surgir durante a impressão 3D, como distorções, altas tensões e rupturas associadas a eles. Os designers podem gerar o design e adicionar estruturas de suporte e corrigir qualquer um dos problemas em um único ambiente antes de imprimir. O maior benefício que vemos é que hoje, se você observar o que os clientes estão fazendo em AM, eles geralmente têm uma abordagem abaixo do ideal para criar um design ideal. Além disso, depois de elaborarem um projeto, eles tentarão colocar estruturas de suporte para garantir que serão capazes de imprimir a peça e descobrirão mais tarde que têm problemas. Para todas essas etapas existem soluções de software separadas.

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O Altair elimina tudo isso, permitindo que os usuários projetem e avaliem uma peça em um único ambiente. É bem sabido que cerca de 45 por cento do custo associado à AM metálica hoje pode ser atribuído à remoção de suporte. O uso eficaz de nossas regras de projeto (restrições) permite que os usuários finais criem projetos com suporte mínimo ou nulo. Também permitimos que os usuários criem estrutura de suporte, entendam sua eficácia através da simulação termomecânica; onde podemos simular a construção, o resfriamento, a remoção do suporte e prever o retorno elástico subsequente e a distorção associada e evitar falhas a jusante. É isso que o Inspire Print3D faz:permite que os usuários finais idealizem, avaliem e validem seu design, em um único ambiente. Assim, o Altair Inspire ajuda nossos usuários finais a criar projetos leves e de alto desempenho, ao mesmo tempo que melhora a produtividade.

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Como você descreveria o estado atual do software de projeto, simulação e otimização de topologia para AM?

A Altair é líder em otimização de topologia e design generativo há vários anos, não apenas para processos aditivos, mas para todos os processos de fabricação. Temos mais de 5.000 clientes usando nossos produtos diariamente para criar designs ideais. Mas nem todas as ferramentas de design generativo são iguais. Temos os melhores métodos numéricos para resolver problemas-chave e somos os únicos que reúnem diferentes critérios de desempenho, casos de carga e os combinam com restrições de fabricação, para criar projetos que são muito específicos para esse processo de projeto. Para conduzir e gerar um projeto, há duas coisas que precisam ser bem compreendidas:os requisitos de desempenho e o processo de fabricação. Por exemplo, se você estiver fundindo metal e não quiser ter nenhum núcleo, que seja sacrificial e caro, ou,  se quiser criar uma forma sem cortes inferiores para remover com eficiência padrões da cavidade da matriz; as restrições de fabricação corretas devem ser combinadas com a fabricação de desempenho para gerar um design leve. Existem muitas ferramentas que podem gerar um design orgânico, e as pessoas tendem a pensar que isso é tudo o que é necessário. Mas, na verdade, isso é apenas o começo, porque você quer ter certeza de que entende os processos de fabricação e qual deve ser o design ideal para um determinado processo. Apenas gerar uma forma ideal não é suficiente se você não compreender os requisitos de fabricação. No espaço de design generativo, existem muitas abordagens numéricas que você pode usar; por exemplo, você pode perturbar algumas variáveis ​​de projeto e gerar milhares de projetos e então dizer:'Vou variar todas essas formas e tamanhos diferentes e isso me dará mil projetos, avaliar cada um e então identificar o melhor.' Você pode não conseguir uma boa solução. No lado da simulação hoje, a AM tem sido predominantemente confinada à prototipagem. Mas a Altair tem buscado ajudar nossos clientes a transformar o processo para fabricar mais do que peças únicas. Podemos explorar outras metodologias, como o jato de ligante? Podemos explorar a fundição híbrida, onde você imprime em areia e depois despeja as peças fundidas em um molde de areia? Podemos explorar algumas dessas opções para converter sua capacidade em capacidade?

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Essa tem sido nossa busca para compreender profundamente os requisitos exclusivos de fabricação. Hoje somos líderes na criação de peças leves de alto desempenho, bem como em ferramentas e montagem, utilizando os mais recentes métodos de design para fabricação.

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Você consegue falar sobre algumas das aplicações que foram alcançadas, em parte graças ao seu software de design?

Os primeiros a adotar foram as empresas de satélite e aeroespaciais, porque não tinham grandes volumes, mas precisavam de projetos altamente otimizados e leves. Projetamos um suporte telescópico e outros suportes com EOS para EADS onde cargas complexas entraram em ação.

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Também estamos trabalhando com empresas automotivas, incluindo BMW, Ford, GM e uma infinidade de outras empresas ao redor do mundo, que estão explorando a fabricação aditiva como uma opção viável para prototipagem. Se eu dividir, veremos não apenas a impressão 3D direta, mas também uma abundância de manufatura híbrida, onde a manufatura tradicional é combinada com a aditiva. O que quero dizer com isso é, por exemplo, impressão 3D em areia de núcleos e moldes para fundição.

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A segunda área são os moldes para moldagem por injeção de plástico. É importante que o conjunto do molde que forma a cavidade não se separe durante o ciclo de pressurização, induzindo rebarbas que precisam ser removidas. Todo o molde pode ser otimizado estruturalmente usando design generativo para manter a integridade sob as cargas. Além da otimização estrutural, também podemos otimizar a extração de calor com linhas de resfriamento conformadas que envolvem regiões que exigem resfriamento rápido. Essas estruturas orgânicas são ideais para impressão 3D. Trabalhamos com a PROTIQ nesses exemplos, onde você pode passar de quase 9 segundos para 3 segundos. Então, se você fabrica um milhão de peças por dia, poderá produzir 3 milhões de peças por dia. Isso significa que você pode triplicar sua produtividade, otimizando o molde para o processo de moldagem por injeção.

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Também trabalhamos com a indústria robótica, que tem inúmeras aplicações onde a otimização de projetos e a impressão 3D são usadas para garras robóticas de extremidade de braço. As pinças tendem a desgastar-se muito rapidamente e por isso precisam ser substituídas imediatamente para evitar interrupções na linha de montagem. Para estruturas extremamente grandes, recentemente colaboramos com a MX3D em um braço robótico impresso em 3D. MX3D é uma empresa de impressão 3D que utiliza tecnologia proprietária baseada em arco de arame para produzir grandes estruturas metálicas.

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RobotArm do MX3D otimizado com a ajuda do software Altair [Crédito da imagem:Altair]

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Nosso MX3D habilitado por software para otimizar o design do braço robótico para reduzir mais da metade do peso original, considerando as restrições de impressão. Para este projeto, nossos engenheiros usaram a Personalização de Design Generativo para criar o formato mais eficiente para o braço do robô impresso em 3D. Existem também muitas aplicações de defesa que podem se beneficiar da impressão 3D. Por exemplo, se parte de um veículo de combate quebrar, você deseja poder imprimir essa peça localmente, imediatamente, sem ter que esperar a chegada de uma peça de reposição. Este é especialmente o caso de peças legadas para as quais você pode não ter desenhos. Nossas soluções também são utilizadas na área de impressão 3D médica. Por exemplo, a Andiamo, uma empresa de órteses, está usando a impressão 3D para criar dispositivos ortopédicos mais bem ajustados. A forma tradicional de fazer uma órtese é envolver um membro do tronco em gesso, que depois é cortado e enviado para confecção manual. O processo da Andiamo elimina a necessidade de moldes de gesso, começando com uma digitalização digital 3D do corpo, criando um modelo altamente preciso para começar a projetar. O processo também envolve inúmeras simulações para garantir um ajuste perfeito para uma criança. Também estamos vendo um interesse crescente em processos de impressão 3D, como o binder jetting. Estamos trabalhando com alguns de nossos parceiros neste espaço, como Desktop Metal e ExOne. Apresentamos aplicações de Binder Jetting na Formnext, onde percorremos todo o processo de criação de um suporte de bicicleta com FDM, SLM, Hybrid-Casting e processo de Binder Jetting.

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Olhando para a indústria de forma mais geral, o que você vê como alguns dos principais desenvolvimentos para 2020?

A indústria está se movendo muito rápido. Sempre que vou a eventos AM, fica claro que o número de fabricantes de impressoras e fornecedores de materiais está quase duplicando ano após ano. Com o aumento da concorrência, tenho certeza de que o custo será reduzido, o que é um grande impedimento para a manufatura aditiva neste momento. O número crescente de players provavelmente ajudará o consumidor final.

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Veja a indústria odontológica, por exemplo. É um dos mais maduros, pois se o consumidor quiser consertar uma nova coroa, o dentista simplesmente faz um escaneamento do dente e envia o escaneamento para impressão em 2 a 3 dias. Esse ciclo também precisa ser alcançado em outras indústrias. E é para isso que todos continuarão a lutar em 2020.

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Há algum desafio que você acha que ainda precisa ser superado para acelerar ainda mais a adoção da impressão 3D?

São vários desafios que estão interligados. O número um é o custo. O custo está obviamente relacionado ao tamanho da peça e ao volume de produção que determinam que tipo de método de fabricação deve ser utilizado. Mesmo dentro dos aditivos, você pode optar, por exemplo, pela fusão seletiva a laser ou pelo jateamento de ligante metálico. O segundo aspecto é a certificação. Como podemos certificar uma peça dependendo se ela é uma peça de suporte de carga ou uma peça de segurança crítica? E qual é o nível de repetibilidade? Hoje, o desafio é que não conseguimos controlar os custos e temos baixa repetibilidade. Se uma peça for impressa em uma impressora específica, será possível obter as mesmas especificações se essa peça for impressa em uma impressora diferente e em um local diferente? Quais são as chances de as peças se comportarem exatamente da mesma forma? Isso resulta no desafio de ser capaz de modelar com precisão a física que está acontecendo no nível micro. Isto levanta a questão de saber se os utilizadores podem ter a certeza de que a peça final pode ser impressa de forma consistente em diferentes plataformas e locais. Há muito trabalho que precisa ser feito em termos de estabelecimento de padrões e qualificação de materiais para todo o setor. Fornecedores de materiais, fabricantes de impressoras, fornecedores de software - todos têm que se unir para estabelecer certos padrões em termos do que são tolerâncias aceitáveis ​​para peças críticas de segurança com carga leve ou muito carregada; em termos de atendimento à porosidade interna e/ou qualidade da superfície externa. Se você olhar para a história, seja ela de fundição, forjamento ou chapa metálica, ao longo dos anos todos eles tiveram uma associação ligada a eles, como a American Foundry Society, por exemplo. Existem muitas organizações que se dedicam a reunir todos e criar padrões. Hoje, o mercado AM está explodindo em todas as áreas, mas, eventualmente, tudo precisa se unir para criar padrões coletivamente e garantir que todos os participantes do setor estejam na mesma página.

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Finalmente, o que o próximo ano reserva para Altair?

Continuaremos a desenvolver mais soluções de simulação para nossos usuários. Quanto aos processos de fabrico aditivo, continuaremos a desenvolver soluções que ajudem os utilizadores da tecnologia a validar o processo e a compreender as incertezas que o acompanham. Em última análise, estamos focados em três pilares principais:compreender o desempenho, criar um design combinando duas coisas; desempenho e o próprio processo de fabricação. Todos eles precisam andar de mãos dadas e continuaremos em nossa missão de ajudar nossos clientes a validar o desempenho e o processo de fabricação com a maior precisão possível para conduzir os projetos. Continuaremos a combinar física com computação e dados de alto desempenho. Temos que juntar todos eles, porque alguns problemas você pode resolver entendendo a física e alguns deles você tem que resolver com aprendizado de máquina. Faremos o possível para combinar todas as tecnologias que estamos desenvolvendo para tornar as coisas mais eficientes e lucrativas para nossos clientes, com o objetivo final de ajudá-los a tomar melhores decisões e obter produtos com melhor desempenho.