Odhad výrobních nákladů na kompozitní 3D tisk

Tags: 3D tisk | Aditivní výroba | Digimat | e-Xstre­am en­gi­nee­rin | MaterialCenter | Náklady | Odhad

Spo­leč­nost e-Xstre­am en­gi­nee­ring, sou­část di­vi­ze Ma­nu­factu­ring In­tel­li­gen­ce spo­leč­nos­ti He­xa­gon, před­sta­vi­la kon­cem ledna 2021 nové mož­nos­ti si­mu­la­ce a vir­tu­ál­ní vý­ro­by, které uži­va­te­lům umožňují ana­ly­zo­vat vý­rob­ní ná­kla­dy spo­je­né s adi­tiv­ní vý­ro­bou dílů z po­ly­mer­ních ma­te­ri­á­lů opro­ti kon­venč­ním pro­ce­sům a ne­u­stá­le zlep­šo­vat své pro­ce­sy vir­tu­ál­ní­ho in­že­nýr­ství ově­řo­vá­ním mi­k­rostruk­tu­ry kom­po­zi­tů po­mo­cí CT ske­no­vá­ní vy­rá­bě­ných dílů.

Adi­tiv­ní vý­ro­ba z kom­po­zi­tů je na trhu stále po­pu­lár­něj­ší, pro­to­že umožňuje au­to­ma­ti­zo­vat tvor­bu pev­něj­ších a leh­čích dílů než je tomu u pro­ce­sů pra­cu­jí­cích s kovy a při­způ­so­bit pod­kla­do­vý ma­te­ri­ál da­né­mu účelu (např. vlák­no­vý kom­po­zit s po­u­ži­tím „ne­ko­neč­ných“ vlá­ken). Nej­no­věj­ší verze pro­gra­mu Di­gi­mat umožňuje pod­ni­kům si­mu­lo­vat pro­ces 3D tisku a vy­po­čí­tat cel­ko­vé ná­kla­dy na vý­ro­bu kaž­dé­ho dílu, včet­ně spo­tře­by ma­te­ri­á­lu, času za­měst­nan­ců, ener­gie a po­třeb­ných kroků ná­sled­né­ho zpra­co­vá­ní.

Díky to­mu­to no­vé­mu ná­stro­ji může in­že­nýr zís­kat uce­le­ný po­hled na pro­ces vý­ro­by a fi­na­li­za­ci vý­rob­ků a určit nej­lep­ší po­stu­py pro vý­rob­ní ře­tě­zec. Roz­ho­du­jí­cí je, že lze také po­u­žít op­ti­ma­li­za­ci dávek, aby bylo možné tisk­nout pa­ra­lel­ně co nej­vět­ší počet dílů, což zvy­šu­je vý­rob­ní ka­pa­ci­tu a zkra­cu­je dobu re­a­li­za­ce. Lze jej také po­u­žít při plá­no­vá­ní vý­ro­by k po­sou­ze­ní cel­ko­vých ná­kla­dů na vlast­nic­tví stro­jů a amor­ti­za­ci těch­to ná­kla­dů na před­po­klá­da­né ob­je­my vý­ro­by. Tyto in­for­ma­ce jsou pro uži­va­te­le vi­zu­a­li­zo­vá­ny po­mo­cí vý­kre­sů a vý­se­čo­vých grafů. Re­duk­ci ná­kla­dů tak lze snad­no ana­ly­zo­vat pro různé scé­ná­ře.

Podle před­po­kla­dů ce­lo­svě­to­vá po­ptáv­ka po kom­po­zit­ním 3D tisku vzros­te do roku 2030 na 1,7 mld. USD. Jeho na­sa­ze­ní však bylo do­po­sud kvůli tech­nic­kým pře­káž­kám ome­ze­no. Pro­to­že se ori­en­ta­ce vlá­ken v růz­ných ob­las­tech dílu mění, má to vý­znam­ný vliv na me­cha­nic­ké vlast­nos­ti. Zna­lost těch­to in­for­ma­cí může in­že­ný­rům po­mo­ci řešit pro­blémy s kva­li­tou a vý­raz­ně zlep­šit přes­nost pre­dik­ce vlast­nos­tí. Vý­rob­ci nyní mohou pro­vést CT sken dílu a im­por­to­vat 3D RAW ob­rá­zek, aby vy­tvo­ři­li model ko­neč­ných prvků dvou­fá­zo­vé mi­k­rostruk­tu­ry (např. po­ly­mer vy­ztu­že­ný uh­lí­ko­vý­mi vlák­ny) v soft­wa­ru Di­gi­mat a si­mu­lo­va­li jeho cho­vá­ní. Když kon­struk­tér vloží tento ově­ře­ný model ma­te­ri­á­lu do svého CAE ná­stro­je (Com­pu­ter Aided En­gi­nee­ring), může pro­vá­dět ana­lý­zy, které zo­hledňují va­ri­a­ce uvnitř vy­rá­bě­né­ho dílu. Je tak možné sní­žit množ­ství po­u­ži­té­ho ma­te­ri­á­lu nebo před­chá­zet po­ru­še­ní v kri­tic­kých mís­tech.

Pro­po­je­ní fy­zic­ké­ho mě­ře­ní s vir­tu­ál­ním tes­to­vá­ním také zvy­šu­je přes­nost pro­ce­sů ICME (In­te­gra­ted Com­pu­tati­o­nal Ma­te­ri­als En­gi­nee­ring) při za­ve­de­ní no­vé­ho ma­te­ri­á­lo­vé­ho sys­té­mu. Cho­vá­ní dílu lze po­rov­nat se si­mu­lo­va­ným pro­ce­sem za úče­lem va­li­da­ce a cer­ti­fi­ka­ce ma­te­ri­á­lo­vé­ho mo­de­lu. Va­li­da­ce CT ske­nem také po­má­há od­bor­ní­kům na ma­te­ri­á­ly vy­lep­šo­vat mi­k­rostruk­tur­ní mo­de­ly, které vy­tvo­ři­li ručně, za úče­lem zlep­še­ní přes­nos­ti bu­dou­cích si­mu­la­cí.

Při zdo­ko­na­lo­vá­ní no­vých vý­rob­ních pro­ce­sů mohou uži­va­te­lé během práce po­mo­cí sprá­vy ži­vot­ní­ho cyklu ma­te­ri­á­lu za­zna­me­ná­vat in­for­ma­ce o dílu, ma­te­ri­á­lu, 3D tis­kár­ně nebo po­u­ži­tých pro­ce­sech a je­jich fy­zic­kých tes­tech. Soft­ware Ma­te­ri­al­Cen­ter spo­leč­nos­ti e-Xstre­am en­gi­nee­ring za­chy­cu­je sle­do­va­tel­nou a ově­ře­nou da­ta­bá­zi těch­to dů­vě­ry­hod­ných vlast­nos­tí ma­te­ri­á­lů, aby je bylo možné po­u­žít ve fázi ná­vr­hu vý­rob­ku. Po­mo­cí sprá­vy ži­vot­ní­ho cyklu ma­te­ri­á­lu lze snad­no do­ku­men­to­vat in­for­ma­ce v mul­ti­dis­ci­pli­nár­ních tý­mech a sdí­let je v celé or­ga­ni­za­ci tak, aby mohli opráv­ně­ní uži­va­te­lé cenné zna­los­ti opě­tov­ně po­u­žít.

Pre­dik­ce cho­vá­ní ma­te­ri­á­lu u mi­k­rostruk­tu­ry, na které byl pro­ve­den CT sken, je vý­po­čet­ně ná­roč­ný pro­ces. Na­pří­klad ana­lý­za kom­plex­ní­ho cho­vá­ní, jako je te­če­ní, může při vý­po­čtu pouze po­mo­cí kla­sic­ké­ho pro­ce­so­ru (CPU) trvat ně­ko­lik dní. Díky op­ti­ma­li­za­ci těch­to pro­ce­sů pro gra­fic­ké pro­ce­so­ry (GPU) může nyní ně­kte­ré úkoly pro­vá­dět in­ter­ak­tiv­ně in­že­nýr, pro­to­že vý­sled­ky jsou pro­du­ko­vá­ny během ně­ko­li­ka minut. Srov­ná­va­cí testy uka­zu­jí, že čas po­třeb­ný k ana­lý­ze tu­hos­ti ma­te­ri­á­lu je sní­žen o 98 %. Tento krát­ký vý­po­čet­ní čas v kom­bi­na­ci se za­ve­de­ním roz­hra­ní pří­ka­zo­vé­ho řádku také umožňuje po­u­ži­tí mo­de­lů ko­neč­ných prvků Di­gi­mat v rámci au­to­ma­ti­zo­va­ných op­ti­ma­li­zač­ních pra­cov­ních po­stu­pů za­lo­že­ných na vy­so­ce vý­kon­ných vý­po­čet­ních plat­for­mách v clou­du.

Při vý­ro­bě vy­so­ce na­má­ha­ných kom­po­zi­to­vých struk­tur, jako kom­po­nen­ty pro le­tec­ký prů­my­sl, umožňuje model PFA (Pro­gres­si­ve Fai­lu­re Ana­ly­sis) de­fi­no­vat bez­peč­nost­ní li­mi­ty kon­struk­ce a op­ti­mál­ně vy­u­ží­vat drahé ma­te­ri­á­ly a pro­ce­sy. Nej­no­věj­ší verze soft­wa­ru Di­gi­mat pro­vá­dí tyto kom­plex­ní ana­lý­zy mo­de­lu Ca­ma­nho dva­krát rych­le­ji, což umožňuje pro­vést pa­ra­me­t­ric­kou stu­dii za úče­lem de­fi­no­vá­ní to­le­ran­cí de­fek­tů a ma­xi­ma­li­za­ce vý­no­sů z pro­duk­ce.

Více informací na www.e-xstream.com.