¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

22 марта 2018

јддитивные технологии в Siemens NX CAM.
„асть 1: —емь этапов нового производственного процесса

јлексей √ранкин, эксперт по решени€м Siemens PLM Software группы компаний Softline

јлексей √ранкин

 огда внедр€ть аддитивное производство вместо традиционного

Ёкономика Ц ключ к внедрению аддитивного производства.  огда вы производите одну деталь в рамках традиционного подхода, вам необходимо вернуть затраты на технологическую подготовку производства, поэтому издержки на единицу готовой продукции очень высоки.  огда вы производите миллион копий, вы возвращаете затраты на технологическую подготовку производства, и поскольку затраты очень малы, вы быстро снижаете стоимость единицы. Ќа графике ниже показано, что 3D-печать становитс€ выгодной при существенно меньших объемах выпуска. ¬ свете того, что современное производство должно быть гибким и легко переоснащаемым на выпуск других изделий, трехмерна€ печать выгл€дит крайне привлекательно как раз по экономическим соображени€м.

NX CAM image

¬ рамках традиционного производства с ростом сложности конструкции возрастает стоимость готового продукта. ”величение сложности обычно означает увеличение числа деталей в готовом изделии, увеличение числа поставщиков, увеличение времени выполнени€, и все это равносильно увеличению затрат. ѕри аддитивном производстве все иначе. ќбъедин€€ большое количество деталей в единое целое, вы увеличиваете сложность отдельной детали, но увеличение сложности не означает рост затрат. ¬ этом аддитивное производство драматически отличаетс€ от традиционного: объем экономии по сравнению с традиционными методами производства увеличиваетс€ по мере того, как конструкци€ становитс€ более сложной.

NX CAM image

Ќепрерывный процесс аддитивного производства в Siemens NX CAM

 омпани€ Siemens PLM Software предлагает дл€ аддитивного производства самое полное решение на рынке. ≈е продукт Siemens NX CAM обеспечивает полностью интегрированное решение дл€ аддитивного производства:

  • единый формат данных дл€ CAD/CAE/CAM;
  • унифицированный пользовательский интерфейс;
  • ассоциативность между различными доменами;
  • полна€ интеграци€ с PLM и MES.

ѕроцесс аддитивного производства состоит из следующих шагов:

  1. ѕроектирование
  2. “опологическа€ оптимизаци€
  3. јдаптаци€
  4. јнализ и проверка
  5. ѕодготовка производства
  6. ѕечать и последующа€ обработка
  7. ”правление данными и процессами


NX CAM image

јддитивное производство компонента рул€ высоты самолета. ѕошаговое описание процесса.

1. ѕроектирование

¬ проектировании с использованием фасетных тел компани€ Siemens PLM Software предлагает пользовател€м революционный подход с использованием технологии конвергентного моделировани€.  онвергентное тело Ч это представление фасетного тела в €дре твердотельного моделировани€ Parasolid. Ёто означает, что при изменении геометрии фасетного тела больше нет необходимости работать с отдельными фасетами. ƒл€ работы с фасетным телом можно использовать стандартные функции моделировани€ NX, такие как булевы операции (объединение, вычитание, пересечение), создавать на конвергентном теле примитивы, например отверсти€, карманы, пазы. ƒругими словами Ц работать с конвергентным телом так же, как с обычным твердым телом NX. Ќа рисунке ниже показано меню Ђѕреобразование фасетного телаї, с помощью которого пользователь может преобразовать фасетное тело в конвергентное.

NX CAM image

ѕреобразование выполн€етс€ между следующими типами тел:

  • JT →  онвергентное тело
  • JT → ‘асетное тело NX
  • ‘асетное тело NX →  онвергентное тело
  •  онвергентное тело → ‘асетное тело NX

Ќа рисунке ниже показано конвергентное тело в навигаторе модели.

NX CAM image

–ешетчатые структуры дл€ аддитивного производства

ѕри проектировании деталей дл€ аддитивного производства по€вилась возможность широкого использовани€ решетчатых структур дл€ снижени€ веса деталей. –анее использование решетчатых структур было ограничено технологическими параметрами конструкции. ќднако применение аддитивного производства практически полностью снимает эти ограничени€ Ч теперь вы можете просто заполн€ть объемы решетчатыми объектами.

NX CAM image

ѕримеры использовани€ решетчатых структур:

NX CAM image

Ќа рисунке ниже приведено диалоговое окно дл€ создани€ решетчатых структур в Siemens NX CAM:

NX CAM image

ѕри создании решетчатой структуры вы можете задать ее свойства, например

  • выбрать тип €чейки из 15 предопределенных типов,
  • задать случайный пор€док расположени€,
  • установить коэффициент точности дл€ коррекции количества фасетов.

‘ормы €чеек дл€ построени€ решетчатых структур показаны на рисунке ниже:

NX CAM image

ѕроверка правильности проектировани€ дл€ аддитивного производства

ƒл€ обеспечени€ качественной 3D печати в Siemens NX CAM встроены несколько проверок на правильность проектировани€ дл€ аддитивного производства. Ёти проверки позвол€ют пользователю обеспечить качество 3D-печати на стадии проектировани€.

¬строенные проверки работают с твердыми и конвергентными телами. ѕроверки включают несколько процедур, перечисленных ниже.

  • јнализ углов поднутрений:
    • поиск областей поднутрений на детали;
    • поиск областей, которые нуждаютс€ в поддержке или будут искажатьс€ при 3D печати;
    • поиск внутренних каналов, которые могут искажатьс€ при 3D печати.

    NX CAM image

  • јнализ толщины стенок:
    • поиск областей с чрезмерно тонкими стенками;
    • поиск областей, которые не могут быть напечатаны на 3D-принтере из-за небольшой толщины;
    • поиск областей, которые могут искажатьс€ при печати или печататьс€ с ошибками.

    NX CAM image

  • јнализ полностью закрытых областей:
    • поиск областей, в которых объем полностью закрыт;
    • поиск областей, где может оставатьс€ порошок, который невозможно удалить;
    • поиск областей, в которых поддерживающа€ геометри€ не может быть удалена.

    NX CAM image

  • јнализ области печати:
    • проверка, может ли деталь быть напечатана на выбранном принтере;
    • возможно, потребуетс€ использовать более крупный принтер;
    • возможно, потребуетс€ изменить ориентацию печати;
    • может потребоватьс€ сегментировать модель на несколько частей.

    NX CAM image

  • јнализ минимального радиуса:
    • проверка геометрии детали, радиусы скруглений которой меньше минимального заданного значени€.

    NX CAM image

2. “опологическа€ оптимизаци€

“опологическа€ оптимизаци€ Ц один из самых важных инструментов, который позвол€ет внедр€ть аддитивное производство. ≈сли просто напечатать на 3D-принтере деталь, котора€ уже производитс€ традиционными методами, то мы получим ту же деталь, только в несколько раз дороже. ќднако если требуетс€ изготовить деталь, котора€ по своим функциональным возможност€м будет соответствовать изготовленной традиционными методами, но при этом в 5 раз легче, то это тот случай, когда не обойтись без топологической оптимизации.

ќбзор функциональных возможностей

–абочий процесс топологической оптимизации в NX CAM отличаетс€ от традиционных решений оптимизации топологии и имеет следующие особенности:

  1. –абота выполн€етс€ в рабочей детали NX CAD в контексте сборки.

  2. ѕоддерживаютс€ одно или несколько пространств проектировани€. ” каждого из них есть свои:

    • метод построени€,
    • материал,
    • конструктивные ограничени€,
    • конечно-элементные нагрузки и ограничени€,
    • значение ограничени€ оптимизации (например целева€ масса).

    NX CAM image

  3.  онструкци€ модели учитывает функциональные требовани€ к изделию, например:

    • сохранить/вычесть заданный объем;
    • цилиндрические отверсти€ должны иметь припуск материала вокруг отверсти€;

    • отверсти€ должны быть обработаны цековкой дл€ создани€ опорных плоскостей под различные крепежные элементы Ц шайбы, головки болта или винта и т. д.;

    • обеспечить зазор 5 мм от заданного тела.

    NX CAM image

  4. ¬ы можете управл€ть уровнем разрешени€.

  5. ≈сть возможность создавать сглаженные, органические формы с острыми кромками, где это необходимо.

    NX CAM image

»спользование результатов оптимизации топологии

ќптимизаци€ топологии Ц это не конечна€ операци€ проектировани€, дл€ многих деталей это только начало. —уществует множество возможностей дл€ использовани€ результатов оптимизации топологии:

  • выполнить пр€мую печать детали на 3D-принтере;
  • использовать модель дл€ отливки, создани€ пресс-формы или многоосевой обработки;
  • использовать дл€ дальнейшего проектировани€ или моделировани€ с использованием конвергентных моделей.

 онвергентна€ модель представл€ет собой новый формат данных Parasolid, представленный в Siemens NX CAM, Ц единый формат данных дл€ обоих типов: NURBS и Facet. —уществующие функциональные возможности моделировани€ можно использовать без ограничений.

NX CAM image

Ѕолее подробно о процессе топологической оптимизации мы расскажем в отдельной статье.

3. јдаптаци€

ѕосле выполнени€ топологической оптимизации пользователь получает 3D-модель детали как конвергентное тело, геометри€ которого полностью отвечает заданным параметрам оптимизации (весу, прочности и т. д.). ќднако часто необходимо доработать геометрию детали после 3D-печати, так как существующие технологии 3D печати не могут обеспечить необходимую точность геометрии, например, при создании отверсти€ под запрессовку подшипника (допуск по квалитету M6). “ак же иногда требуетс€ изменить геометрию детали дл€ придани€ ей более Ђпрезентабельногої вида, что невозможно сделать с помощью топологической оптимизации.

Ќа рисунке ниже показаны примеры деталей до и после адаптации:

NX CAM image

«десь показано использование функций моделировани€ при работе с конвергентным телом. ѕри адаптации данной детали использовались как функции работы с твердым телом, так и функции работы с фасетными телами и поверхност€ми свободной формы. Ёто позвол€ет конструктору сн€ть большинство ограничений при работе с фасетными телами и переосмыслить подход к моделированию.

4. јнализ и проверка

¬ дополнение к возможност€м анализа, встроенным в топологическую оптимизацию, Simcenter 3D позвол€ет оптимизировать топологию конструкции детали с использованием сложных нагрузок и ограничений.

NX CAM image

„тобы убедитьс€, что проект соответствует вашим ожидани€м, вы можете использовать расширенные возможности анализа в Simcenter 3D.

»спользу€ компьютерное моделирование, вы можете проверить эффективность деталей.

¬ы также можете проанализировать вли€ние процессов аддитивного производства, чтобы подтвердить, что напечатанные детали будут соответствовать целевым требовани€м проекта.

5. ѕодготовка производства

ƒл€ подготовки производства в Siemens NX CAM имеетс€ несколько различных технологий 3D-печати. ќсновные технологии 3D-печати, которые поддерживаютс€ в Siemens NX CAM, приведены в таблице ниже.


ѕр€мое осаждение материала (гибридна€ аддитивна€ технологи€) NX CAM image
—елективное лазерное спекание (послойное спекание порошка) NX CAM image
—труйное осаждение/струйна€ технологи€ (многосопловое осаждение) NX CAM image
ќсаждение материала плавлением (много-осевое) NX CAM image

Siemens NX CAM обеспечивает управл€емый процесс подготовки аддитивного производства на базе 3D-модели. ¬ыбор принтера из библиотеки автоматически определ€ет рабочую область печати. ƒетали позиционируютс€ и ориентируютс€ в рабочей области, чтобы повысить эффективность печати. √еометри€ поддержки автоматически создаетс€ по мере необходимости. «адаетс€ процесс печати и создаютс€ траектории лазера. ѕеред отправкой данных на 3D-принтер вы можете проверить сечени€ и траектории лазера в Siemens NX CAM. ѕроверенные лазерные траектории отправл€ютс€ на 3D-принтер.

¬от как выгл€дит весь процесс в Siemens NX CAM.

1. «агрузка шаблона дл€ 3D печати

NX CAM image

ѕри входе в модуль аддитивной обработки NX система предлагает пользователю выбрать шаблон дл€ 3D-печати. Ётот шаблон включает:

  • модель принтера,
  • рабочую область принтера,
  • драйвер принтера и стратегии печати.

2. ¬ыбор 3D-принтера

NX CAM image

ѕосле выбора шаблона дл€ 3D-печати пользователь может в любое врем€ выбрать другой 3D-принтер. ѕри этом нет необходимости измен€ть настройки, при смене принтера все настройки измен€ютс€ автоматически.

3. ƒобавление компонент в рабочую область принтера

NX CAM image

ƒл€ добавлени€ компонент в рабочую область принтера используетс€ расширенна€ функциональность добавлени€ компонент в сборку.

4. ќптимизаци€ расположени€ и/или ориентации компонент в рабочей области принтера

NX CAM image

‘ункциональность оптимизации расположени€ NX AM имеет конструктивные ограничени€, такие как направление выращивани€, плотность расположени€ и допустимое отклонение от направлени€ выращивани€ в процессе расположени€.

5. јвтоматическое/ручное создание геометрии поддержек

NX CAM image

ќпределение областей, которые нуждаютс€ в геометрии поддержки.
¬ыбор из нескольких типов поддержки (различные материалы). јвтоматическое и ручное создание элементов поддержки. ¬изуализаци€ элементов поддержки в NX. »зменение элементов поддержки (добавить, изменить, удалить). »зменение геометрии поддержки с использованием стандартных команд моделировани€.

6. ¬ыбор/изменение стратегии печати

NX CAM image

ѕеред генерацией файла печати пользователь должен выбрать материал и стратегию печати. Ёти параметры задаютс€ в меню конфигурации принтера и выбираютс€ в меню NX.

7. √енераци€ выходного файла

NX CAM image

 оманда Ђ√енераци€ выходного файлаї создает файл в формате выбранного принтера, который содержит следующую информацию:

  • геометрию деталей,
  • свойства области печати,
  • конфигурацию принтера,
  • информацию о сло€х и шаблонах заполнени€ слоев.

–азмер файла зависит от

  • количества различных компонентов,
  • сложности компонентов,
  • толщины сло€,
  • шаблона заполнени€.

‘ормат файла зависит от подключенного процессора принтера.

8. јнализ и проверка слоев и траекторий лазера дл€ заполнени€ слоев

NX CAM image

ƒл€ анализа и проверки слоев и траекторий лазера дл€ заполнени€ слоев используетс€ просмотрщик слоев компании Materialize.

6. ѕоследующа€ обработка

 ак правило, после 3D-печати детали требуетс€ последующа€ обработка. Ёто необходимо дл€ удалени€ геометрии поддержек, получени€ точных геометрических объектов, таких как отверсти€, бобышки, карманы и т.д.

»нтегрированный NX CAM

»ме€ в одной системе функциональность аддитивной и традиционной обработки, очень просто выполн€ть последующую обработку деталей с точными траектори€ми инструмента. ¬ы можете обрабатывать любую деталь, использу€ широкий спектр возможностей NX CAM. ¬се в одной системе и от одного поставщика Ц Siemens NX CAM.

NX CAM image

7. ”правление данными и св€зь с цехом

NX CAM image

”правление производственными операци€ми

”правление производственными операци€ми включает следующие функции:

  • управление операци€ми 3D печати,
  • управление заказами,
  • управление аддитивным производством,
  • руководство оператора и контрольна€ карта,
  • управление файлами заданий на печать,
  • управление подачей порошка и мощностью лазера,
  • полное отслеживание производственных данных.
NX CAM image

«начение функций MOM в отношении аддитивного производства заключаетс€ в том, чтобы внедрить эту технологию производства в общий производственный процесс в случае серийного производства, учитыва€ операции, которые должны выполн€тьс€ до и после операций аддитивного производства.

¬ технологию вход€т настройка и подготовка как самого 3D-принтера, так и созданного элемента (если печать производитс€ на существующей промежуточной заготовке), а также последующа€ обработка, така€ как удаление геометрии поддержки, термическа€ обработка, чистовые операции обработки и операции контрол€. —оздание, оптимизаци€ и диспетчеризаци€ производственных заказов Ц это ключевой момент дл€ планировани€ и выполнени€ заказов с надлежащим распределением ресурсов.

ќператоры в цехе получают указани€ о том, что и когда делать, в соответствующей последовательности и с подробными инструкци€ми. ќператоры должны подтвердить, что они выполнили все об€зательные действи€, прежде чем они смогут перейти к следующему шагу.

—истема MOM определ€ет необходимый 3D-принтер, использу€ ограничени€, задаваемые временем печати детали, а также доступность ресурсов во врем€ выполнени€. —ерийные номера деталей, св€занные с номером операции, передаютс€ системе, ответственной за их включение в файл задани€ печати, и в конечном итоге оператор может передать обновленный файл задани€ на 3D-принтер.

ѕроцессы управлени€ парти€ми порошка имеют важное значение как дл€ обеспечени€ непрерывного производства, так и дл€ обеспечени€ полной информации о произведенных изделий. ѕолна€ информаци€ распростран€етс€ на многие другие элементы производственного процесса, включа€ данные всех задействованных производственных станков, временные метки активности, идентификаторы операторов и т. д.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ¬ы€снилось, что первое российское BIM-решение полного цикла по€вилось уже 11 лет назад
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

BIM дл€ дорог: создание информационной модели раздела ќƒƒ с Revit, Inventor, [...] — јлина ёсупова, јлексей ўербачЄв (14 августа 2019)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.