5 spannende Trends in der 3D-Drucksoftware

Software war lange Zeit ein Flaschenhals in der Entwicklung des 3D-Drucks. Die Branche hat sich mehr auf Fortschritte bei Hardware und Materialien konzentriert, während Softwareinnovationen zurückgeblieben sind.

Die bestehende Lücke wird jedoch geschlossen, da immer mehr Unternehmen die nächste Generation von Softwaretools entwickeln, die AM in die Industrialisierung vorantreiben.

Im Folgenden betrachten wir einige der wichtigsten Entwicklungen und Trends, die den Markt für 3D-Drucksoftware prägen.

1. Das Streben nach Software-Interoperabilität 

Die additive Fertigungsindustrie bewegt sich in Richtung eines einfacheren und schnelleren Arbeitsablaufs für die Konstruktionsvorbereitung. Der Schlüssel dazu wird die Einführung einer stärkeren Softwareintegration sein.

In einem typischen Designprozess erstellt ein Ingenieur ein Volumenkörpermodell in einem Computer-Aided Design (CAD)-System. Dann musste er es in ein trianguliertes Modell umwandeln, um Druckbarkeitsprüfungen durchzuführen, das Teil auf der Bauplattform auszurichten, die Struktur zur Gewichtsreduzierung zu optimieren, Stützen hinzuzufügen und Simulationsanalysen durchzuführen. Für viele dieser Schritte verwenden Designer und Ingenieure verschiedene Programme und mehrere Dateiformate.

Diese große Auswahl an Werkzeugen zur Entwurfsvorbereitung, die erforderlich sind, um ein Modell druckfertig zu machen, erhöht die Komplexität des AM-Workflows. Das Konvertieren und Übertragen von Konstruktionsdaten in verschiedene Konstruktionsumgebungen kann oft zu kostspieligen Fehlern und Verzögerungen führen. Und das ist noch nicht einmal zu erwähnen, dass Unternehmen erhebliche Lizenzgebühren zahlen würden, um mehrere Softwarepakete zu verwenden.

Eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu meistern, ist die Einführung einer besseren Software-Interoperabilität.

Im Kontext des AM-Designprozesses kann Interoperabilität dazu beitragen, die Anzahl der Tools, Schritte und des Aufwands zu reduzieren, die zum Entwerfen eines Modells für den Druck erforderlich sind. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, verschiedenen Softwaretools den Austausch und die Nutzung von Konstruktionsdaten ohne umständliche Datenkonvertierung zu ermöglichen.

Heute sehen wir, dass mehr Funktionen, die traditionell in AM-spezifischer Software zu finden sind, auf CAD-Software migriert werden, die von größeren Softwareunternehmen entwickelt wurde. Die Integration der AM-Designfunktion in gängiges CAD kann auf verschiedene Weise erreicht werden, einschließlich Softwareintegrationen, Akquisitionen oder interner Entwicklung von Fähigkeiten.

Eines der größten Beispiele ist die Übernahme des AM-Designsoftwareunternehmens Netfabb durch Autodesk im Jahr 2015. Dieser Schritt ermöglichte es Autodesk, Netfabb mit seinem Design- und Engineering-Tool Fusion 360 zu verbinden und so eine viel einfachere 3D-Druck-Designumgebung für seine Benutzer zu schaffen.

In einem jüngeren Beispiel hat Hexagon AB, ein in Schweden ansässiges globales Technologieunternehmen, AMendate übernommen, einen deutschen Anbieter von Topologieoptimierungssoftware für AM. AMendate wird dem MSC Software-Zweig von Hexagon hinzugefügt, der Simulationssoftware und Dienstleistungen für computergestütztes Engineering (CAE) anbietet.

Andere Unternehmen wie Altair, Dassault Systems und PTC haben ebenfalls AM-Designfunktionen im Rahmen ihrer CAD-Lösungen entwickelt.

Der Trend zur Integration und Rationalisierung von AM-Designprozessschritten wird sich weiter verstärken, obwohl der Wandel nicht über Nacht geschehen wird. Das Erreichen dieses Meilensteins wird jedoch die Hindernisse für schnellere Designiterationen beseitigen und es 3D-Druckbenutzern letztendlich ermöglichen, komplizierte Modellierungsaufgaben zu rationalisieren.

2. Möchtest du STL ersetzen?

Die Schaffung eines interoperablen Workflows wäre fast unmöglich, ohne die Verwendung von STL, dem gängigsten Dateiformat für den 3D-Druck, zu überdenken.

Das STL-Dateiformat wurde Mitte der 1980er Jahre erfunden, um es CAD-Software zu ermöglichen, Dateien zum Drucken von 3D-Objekten zu übertragen. Mit STL wird ein Design in CAD als STL-Datei exportiert, die ein dreidimensionales Objekt als eine Reihe verbundener Dreiecke (Polygone) beschreibt.

Trotz vieler Fortschritte in der Branche ist das STL-Format seit über 30 Jahren weitgehend unverändert geblieben. Da sich die 3D-Druckindustrie ständig weiterentwickelt und weiterentwickelt, sind die Grenzen des STL-Formats immer offensichtlicher geworden, insbesondere wenn der 3D-Druck zum Entwerfen komplexer Produktionsteile verwendet wird.

Hier sind nur einige der Herausforderungen bei der Verwendung von STL-Dateien: 

~Die genaue Definition komplexer oder großer geometrischer Formen und Strukturen kann schwierig sein und erfordert das Erstellen von Dateien, die unpraktisch groß werden können (z. B. mehrere Gigabyte). Das Senden dieser Dateien an einen 3D-Drucker dauert lange und kann in einigen Fällen so groß sein, dass ein 3D-Drucker nicht die gesamte Datei akzeptieren kann.

~Das Format gibt keine Informationen zu Farbe, Textur oder Material an.

~Das STL-Format kann keine anderen Daten über das Design hinaus einbetten, einschließlich Informationen zu Urheberrecht und Dateisicherheit.

~Das Ändern der Datei ist schwierig. Das Dateiformat kann nicht zwischen kleineren und größeren Änderungen unterscheiden, sodass jede Änderung bedeutet, dass der gesamte Workflow von vorne beginnen muss, was den Designprozess um Stunden verlängern kann.

Einer der Trends, der sich in den letzten Jahren abzeichnete, ist die Entwicklung von Lösungen, die auf STL-Dateien verzichten. Eine davon ist die Entwicklung effizienterer Dateiformate.

Das ursprünglich 2015 gegründete 3MF-Konsortium hat sich beispielsweise zum Ziel gesetzt, ein neues universelles und quelloffenes 3D . zu etablieren Dateiformat namens 3MF, das frei von Problemen mit STL ist.

In den letzten zwei Jahren gab es eine Reihe von Updates für 3MF, darunter vier Erweiterungen für Materialien und Eigenschaften, Produktion, Balkengitter und Scheiben. Volumetrische und Laser-Werkzeugwegerweiterungen stehen als nächstes auf der Liste und befinden sich derzeit in der Entwicklung.

Darüber hinaus ist 3MF mit mehreren integrierten Funktionen ausgestattet, die in STL nicht verfügbar sind, wie beispielsweise komplexe Formdaten mit geringen Dateigrößen, eine oder mehrere Texturen und mehrere Farbdaten.

Trotz seiner offensichtlichen Vorteile wird das 3MF-Dateiformat in der Industrie eher langsam angenommen. Ironischerweise hat sich die mit Innovation verbundene AM-Branche an die Arbeit mit STL gewöhnt und zögert, auf effizientere Formate umzusteigen.

Obwohl nicht damit zu rechnen ist, dass STL in absehbarer Zeit verschwinden wird, müssen AM-Anwender letztendlich ihre Herangehensweise an die Vorbereitung eines Designs für den 3D-Druck überdenken. Die Verwendung neuer Dateiformate könnte eines der Mittel sein, um moderne Anforderungen an die Designvorbereitung zu erfüllen.

3. Neuer Fokus auf Workflow-Software 

Workflow-Management-Software erlebt ein enormes Wachstum auf dem Markt für 3D-Drucksoftware. Einer der größten Treiber für dieses Wachstum ist die Notwendigkeit einer stärkeren Automatisierung und Skalierbarkeit des AM-Produktionsworkflows.

Eine Grafik aus einem aktuellen Bericht von IDtechEx zeigt, dass die Umsätze mit Workflow-Management-Software in den nächsten Jahren steigen werden Jahrzehnt und verspricht der Branche eine glänzende Zukunft.

Da Unternehmen damit beginnen, AM in ihren Betrieb zu integrieren, werden sie mit manuellen und ineffizienten Arbeitsabläufen konfrontiert. Viele AM-Bediener und Techniker müssen beispielsweise immer noch manuell Aufträge verwalten, den Baustatus überprüfen und viel Zeit damit verbringen, Teile nach dem Drucken zu identifizieren. Dies führt zu vielen betrieblichen Engpässen, die die Skalierung und effektive Verwaltung der AM-Produktion zu einer herausfordernden Aufgabe machen.

Es gibt viele Fortschritte, um Ineffizienzen im Arbeitsablauf zu überwinden, wobei die Software zur Automatisierung von Arbeitsabläufen eine der Schlüssellösungen ist.

Im Wesentlichen helfen Workflow-Softwareplattformen wie AMFG beim Aufbau eines Ökosystems, das verschiedene Phasen des AM-Workflows wie Auftragsmanagement, Produktionsplanung, Build-Statusüberwachung und Nachbearbeitungsprüfungen verbindet. Ziel ist es, die Produktionsplanung und -steuerung zu einem schlanken und digitalisierten Prozess zu machen.

Dadurch erhalten Unternehmen, sei es Servicebüros oder interne AM-Shops, ein Tool, das es ihnen ermöglicht, den AM-Workflow durchgängig zu verwalten und gleichzeitig AM in eine breitere digitale Infrastruktur zu integrieren.

4. Die wachsende Rolle der AM-Simulationssoftware  

Simulationssoftware wird eine immer größere Rolle spielen, wenn sich der 3D-Druck zu einer produktionsfähigen Technologie entwickelt. Die Simulation wird typischerweise in der Designphase verwendet, um digital zu reproduzieren, wie sich ein Material während des Druckprozesses verhalten würde, mit dem Ziel, Druckfehler zu minimieren, bevor ein Design zum Druck gesendet wird.

Trotz seines Versprechens ist die Simulation von 3D-Druckprozessen aufgrund einer großen Anzahl von Variablen, die während des Simulationsprozesses berücksichtigt werden müssen, eine Herausforderung.

„In jede Simulationssoftware sind heute gewisse Annahmen eingebaut, die die Genauigkeit, die sie liefern kann, einschränken. Das ist derzeit wahrscheinlich der größte Nachteil:Sie können nicht so genau sein, wie Sie es gerne hätten“, sagt Dave Conover, Chief Technologist von ANSYS, kürzlich in einem Interview mit AMFG.

Die Simulationstechnologie entwickelt sich jedoch schnell weiter, wobei Softwareanbieter ihre Angebote weiter verfeinern. Ein Beispiel dafür ist ein Unternehmen für Engineering-Software, ANSYS. Seit Anfang 2019 hat das Unternehmen drei große Updates veröffentlicht, die viele neue Funktionalitäten bieten.

Ein herausragendes Update ist ANSYS Additive Prep. Dieses Tool ist Teil der Softwarepakete ANSYS Additive Suite und ANSYS Additive Print.

Zu seinen Funktionen gehört die Möglichkeit, Heatmaps zu erstellen, mit denen Ingenieure vorhersagen können, wie sich AM-Bauausrichtungen auf Stützstrukturen, Bauzeiten, Verzerrungen und die Gesamtdruckleistung auswirken.

In der neuesten R3-Version wurde ANSYS Additive Prep außerdem um einen neuen Build-Prozessor erweitert, der es Benutzern ermöglicht, eine Build-Datei direkt auf eine AM-Maschine zu exportieren, wodurch die Verwendung einer STL-Datei umgangen wird.

Darüber hinaus hat MSC Software die nächste Generation seiner Simufact-Lösung zur Simulation von Metall-3D-Druckprozessen veröffentlicht.

Das Update konzentriert sich stark auf die Automatisierung:Es kann die endgültige Teileverformung kompensieren und Stützstrukturen automatisch optimieren, während überhitzte oder nicht ausreichend erhitzte Zonen identifiziert und Probleme wie Risse, Schrumpflinien und Beschichterkontakt vorhergesagt werden, bevor sie auftreten.

Laufende Entwicklungen auf diesem Gebiet zeigen, dass der Bedarf an anspruchsvollen Simulationslösungen für AM wächst. Die Industrie möchte wissen, wie 3D-gedruckte Produkte mit zuverlässigen und wiederholbaren Ergebnissen hergestellt werden können, und hier kann die Simulation eine Schlüsselrolle spielen.

Spannenderweise gehen die Fortschritte bei AM-Simulationen Hand in Hand mit anderen 3D-Drucksoftware-Trends, darunter ein verstärkter Fokus auf Interoperabilität, Automatisierung und vereinfachte Benutzerfreundlichkeit.

5. Software wird intelligenter

Die Kombination von 3D-Drucksoftware mit Künstlicher Intelligenz (KI) ist der nächste große Trend in der Branche. Diese Kombination kann 3D-Druck-Design-, Produktions- und Workflow-Prozesse verbessern.

An der Designfront führt die Kombination von KI mit Designsoftware zu generativen Designtools, die es Ingenieuren ermöglichen, unerwartete Designoptionen zu erkunden. Der Prozess umfasst die Definition eines Konstruktionsproblems durch Eingabe grundlegender Parameter wie Höhe, Gewicht, das ein Teil tragen muss, Festigkeit und Materialoptionen. Mithilfe von KI und Cloud Computing bietet generative Designsoftware eine Vielzahl von Designoptionen, die die angegebenen Parameter erfüllen.

Generative Konstruktionssoftware könnte technische Herausforderungen mit Konstruktionslösungen lösen, die der menschliche Geist allein nie erfinden könnte.

Der 3D-Druck ist eine der Schlüsseltechnologien, die den Fortschritt von generativer Designsoftware vorantreibt, da er oft die einzige Möglichkeit ist, KI-generierte Designs zum Leben zu erwecken.

Neben intelligenteren Designs entwickelt sich auch die Software weiter, um die Produktion mit 3D-Druck wiederholbarer zu machen.

Markforged hat beispielsweise kürzlich die KI-gestützte Software Blacksmith auf den Markt gebracht, mit der seine 3D-Drucker die Programmierung und Parameter anpassen können, um optimale Druckergebnisse zu gewährleisten. Machine-Learning-Algorithmen, die Blacksmith unterstützen, ermöglichen es der Software, aus der vorherigen Teileproduktion zu lernen, sodass die Teile jedes Mal genauer und präziser werden.

Um dies zu erreichen, analysiert die intelligente Software ein Design, vergleicht es mit gescannten Teiledaten, die von Prüfgeräten erfasst wurden, und passt den End-to-End-Prozess dynamisch an, um letztendlich Teile zu produzieren, die einer beabsichtigten CAD-Datei perfekt entsprechen.

Schließlich wird auch der 3D-Druck-Workflow mit der Einführung von KI-gestützter Software intelligenter.

3D-Druck-Workflows sind sehr datenlastig, d.h. es gibt viele Informationen über Auftragszustände, Maschinen- und Materialdaten, die nicht nur überwacht und gesammelt, sondern auch analysiert und verarbeitet werden können (und sollen). Und hier kann KI helfen.

Maschinenanalysefunktionen können es der Software ermöglichen, die gesammelten Daten zu analysieren und Vorschläge zu machen, wo Verbesserungen an den Produktionsabläufen vorgenommen werden könnten. Letztendlich wird es einen besseren Einblick geben, wo die wichtigsten Engpässe sind und wie der Prozess optimiert werden kann, um AM optimal zu nutzen.

Software:der Schlüssel zur Industrialisierung des 3D-Drucks

Von den drei Hauptsäulen des 3D-Drucks – Hardware, Materialien und Software – ist letzteres am wenigsten fortgeschritten. Die Dinge ändern sich jedoch jetzt, da Unternehmen erkennen, dass digitale Technologien wie der 3D-Druck digitale Lösungen erfordern, um ihr Wachstum und ihre Entwicklung zu unterstützen.

Führende Softwareanbieter und Start-ups suchen jetzt gleichermaßen nach der Entwicklung von Softwaretools, um AM voranzubringen. Es wird viel Aufwand betrieben, um wiederholbare Druckergebnisse durch Simulationssoftware zu ermöglichen. Gleichzeitig wird viel unternommen, um Engpässe in den Workflows der Designvorbereitung und des Prozessmanagements zu überwinden.

Schließlich schafft die Konvergenz zwischen 3D-Druck und KI neue Möglichkeiten für 3D-Druck-Design und -Produktion.

Wenn man all diese Entwicklungen zusammenfasst, wird Software zu einem echten Puzzleteil, das den 3D-Druck zu einer der wichtigsten Produktionstechnologien von heute und morgen macht.