전문가 인터뷰:시뮬레이션을 통한 금속 3D 프린팅 성공에 대한 ANSYS의 수석 기술자

금속 3D 프린팅은 까다로운 비즈니스가 될 수 있습니다. 열 변형, 잔류 응력, 균열 및 뒤틀림과 같은 잠재적인 문제로 인해 금속의 인쇄 공정은 종종 예측하기 어렵고 제어가 훨씬 어렵습니다. 여기에서 시뮬레이션 소프트웨어가 필요합니다.

시뮬레이션 소프트웨어는 부품을 인쇄하기 전에 설계 단계에서 인쇄 오류를 최소화하기 위해 금속 부품 및 프로세스를 설계하고 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다.

금속 시뮬레이션 소프트웨어 시장을 주도하려는 기업은 ANSYS입니다. . 엔지니어링 시뮬레이션 소프트웨어로 유명한 10억 달러 규모의 이 회사는 Additive Suite 를 통해 적층 제조 분야로 진출했습니다. 소프트웨어, 일련의 금속 시뮬레이션 및 고급 설계 도구.

금속 시뮬레이션 회사인 3DSIM과 재료 회사인 Granta Design을 포함한 여러 전략적 인수와 함께 ANSYS는 금속 3D 프린팅을 위한 시뮬레이션 기능을 확장하기 위한 조치를 적극적으로 취하고 있습니다.

이번 주에는 ANSYS의 적층 제조 수석 기술자인 Dave Conover와 함께 금속 3D 프린팅의 세계, 금속 3D 프린팅 시장의 현재 상태 및 기업이 이 기술을 시작할 수 있는 방법에 대해 논의합니다. 기술.

ANSYS와 현재 해결하고 있는 문제에 대해 말씀해 주시겠습니까?

ANSYS는 기계 공학용 시뮬레이션 소프트웨어 공급업체입니다. 역사적으로 고객은 우리 소프트웨어를 사용하여 제품이 실제 생활에서 어떻게 작동하는지 시뮬레이션했습니다.

그러나 적층 제조가 등장하면서 제품을 시뮬레이션할 필요만 있는 것이 아님을 알게 되었습니다. 적층 제조 공정의 특성으로 인해 사용 방법뿐 아니라 공정 자체를 시뮬레이션하는 데도 사용됩니다. 여기에는 부품 왜곡, 잠재적인 파손 및 균열과 같은 사항을 살펴보는 것이 포함됩니다.

그래서 우리는 설계 연속체의 일부로 이러한 추가 공정을 가장 잘 시뮬레이션하는 방법을 탐구하고 싶었습니다.

이제 우리는 공정 시뮬레이션 측면에서 적층을 위한 도구를 제공하고 설계 요소에도 더 많이 관여합니다. 여기에는 토폴로지 최적화와 같은 도구를 사용하여 적층의 속성을 위한 설계가 포함됩니다. 이는 컴퓨터가 기능 요구 사항을 기반으로 부품 설계를 구동하도록 하는 프로세스입니다.

첨가 외에는 다른 방법으로 생성할 수 없는 격자 구조와 같은 것도 살펴봅니다.

ANSYS의 Additive Suite와 소프트웨어 작동 방식에 대해 자세히 설명해 주시겠습니까?

당연하지. 기본적으로 우리가 제공하는 솔루션은 세 가지 영역으로 분류됩니다.

첫 번째는 기계를 사용하여 부품을 인쇄해야 하는 기계 작업자 또는 설계 엔지니어를 위해 개발되었습니다. 그들은 빌드에서 생성될 왜곡에 대한 빠른 통찰력을 제공하고 해당 왜곡을 설명하는 방법을 제공할 수 있는 도구가 필요합니다. 이를 보상이라고 합니다.

그래서 우리가 가진 첫 번째 솔루션은 Additive Print라는 도구입니다. . 설계 그룹에서 STL 파일을 받고 성공적으로 인쇄하는 작업을 하는 기계 작업자를 대상으로 합니다.

둘째, 우리는 또한 부품이 실제로 어떻게 작동하는지 보기 위해 역사적으로 우리 제품을 사용해 온 그룹인 디자인 팀을 위한 도구도 제공합니다. 그러나 이제 우리는 적층 제조를 위한 부품을 미리 설계할 수 있도록 프로세스를 시뮬레이션할 수 있는 도구도 제공했습니다.

저희가 제공하는 세 번째 솔루션은 적층 과학입니다. . 이것은 공정을 설계하는 재료 과학자 및 엔지니어를 위한 도구입니다. 그들은 기계를 이해하고 기계가 좋은 빌드를 얻기 위해 어떤 설정이 필요한지 살펴볼 필요가 있습니다. 따라서 다공성이 많지 않고 성능을 얻는 데 필요한 올바른 미세 구조가 있는 빌드가 있습니다. 부분에서 원합니다.

이것이 세 가지 솔루션입니다. 하나는 적층 부품을 설계하는 사람들을 위한 것이고, 다른 하나는 기계를 작동하는 사람들을 위한 것이며, 마지막으로 다른 하나는 성공적인 빌드를 얻으려면 주문하십시오.

귀하의 시뮬레이션 소프트웨어로부터 가장 많은 혜택을 받고 있는 특정 산업이 있습니까?

얼리 어답터 중 하나는 확실히 항공 우주입니다.

AM이 제공하는 경량화와 이러한 복잡하고 경량의 다기능 부품을 생산해야 하는 업계의 필요성 때문에 여기에 초기 관심을 보였습니다.

바이오메디컬 역시 금속 AM에 대한 관심이 높아지고 있는 또 다른 분야입니다.

그러나 실제로 금속 3D 프린팅에 대한 관심은 이제 경쟁 우위를 확보하거나 고유한 비용을 줄이기 위해 기술을 찾고 있는 다른 많은 산업으로 확장되고 있습니다. 오늘날 개발되고 있는 소량 생산품.

금속 AM에 대한 바이오메디컬 부문의 관심을 언급하셨습니다. 의생명 분야는 이 기술을 어떻게 사용하고 있으며 시뮬레이션은 어디에 적합합니까?

주요 응용 분야는 일반적으로 금속으로 만들어진 보철 및 임플란트입니다. 여기서 맞춤화가 핵심입니다. 당신은 환자에게 특정한 크기의 하나 또는 작은 배치를 만들고 있습니다. 첨가제를 사용하면 임플란트, 보철 또는 기타 의료 기기에 대한 특정 디자인을 만드는 경우에 매우 쉽게 수행할 수 있습니다.

물론 금속 공정에 대한 문제는 왜곡으로 끝나는 것입니다. 설계된 부품과 프린터에서 나오는 부품이 제작 과정에서 발생하는 열 변형으로 인해 반드시 하나가 되는 것은 아닙니다.

이를 설명하고 이러한 왜곡을 되돌릴 수 있는 것이 중요합니다. 시뮬레이션을 통해 부품을 설계하고 인쇄할 때 원하는 모양으로 왜곡하여 사람의 얼굴이나 엉덩이 임플란트 또는 의료 절차에서 필요한 모든 곳에 맞도록 할 수 있습니다.

기존 시뮬레이션 소프트웨어에는 기술이 할 수 없는 제한이 있습니까?

음, 실제 제조는 매우 복잡한 프로세스입니다. 레이저가 이러한 분말 입자에 부딪히면서 많은 일이 일어나고 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어에서 설명하는 것은 고사하고 물리학을 이해하는 것조차 어렵습니다.

따라서 오늘날의 모든 시뮬레이션 소프트웨어에는 제공할 수 있는 정확도를 제한하는 일정 수준의 가정이 내장되어 있습니다. 그것이 아마도 현재 가장 큰 단점일 것입니다. 원하는 만큼 정확할 수 없다는 것입니다.

그렇긴 해도 이 분야는 확실히 진화하는 분야이고 이해하기 위해 계속 진행 중인 연구가 많이 있습니다. 보다 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 방법론을 제시할 수 있습니다. 우리는 정확도를 높이기 위해 전 세계적으로 많은 연구 프로젝트에 참여하고 있습니다.

금속을 사용한 3D 프린팅의 독특한 측면은 부품을 만들 때 재료. 다른 제조 공정과 매우 다릅니다.

따라서 올바른 피로 저항과 올바른 다공성 및 미세 구조를 통해 원하는 대로 재료가 최종적으로 나오게 하기 위해 공정 매개변수를 제어하는 ​​방법을 이해하는 것이 우리가 연구하고 있는 것입니다. 해당 수준의 세부 정보를 볼 수 있습니다.

우리가 거기에서 얼마나 멀리 떨어져 있다고 말할 수 있습니까?

우리는 꽤 가깝습니다. 우리는 내년 정도에 이러한 종류의 시뮬레이션을 수행할 수 있는 제품을 출시할 예정입니다.

효과를 내기 위해 많은 검증과 보정을 수행해야 하지만, 우리는 그 과정을 충분히 이해하고 있다고 확신합니다. 소프트웨어를 발전시키는 데 시간이 걸리는 문제일 뿐입니다.

ANSYS는 2017년 금속 시뮬레이션 회사인 3DSIM을 인수했습니다. 당시 적층 제조에 대한 열망을 촉발시킨 이유는 무엇입니까?

간단히 말해서 고객은 기술에 뛰어들었습니다. 우리는 그들의 노력을 지원해야 한다는 것을 깨달았습니다. 그들은 우리의 도구를 사용하여 제품을 설계하고 이제 적층 제조로 옮겨가고 있습니다. 그들은 해당 기술로 제품을 설계하는 데 도움이 되는 도구가 필요했습니다.

저희는 또한 제품을 설계하는 데 도움이 필요할 뿐만 아니라 기술 및 프로세스 자체를 이해하는 데 도움이 필요하다는 것을 일찍 깨달았습니다. 예를 들어 왜곡 및 잔류 응력과 같은 것이 있습니다.

우리가 기회를 탐색하기 시작하면서 특히 미세 구조와 관련된 솔루션을 조만간 스스로 유기적으로 개발할 수 없다는 것을 알게 되었습니다.

그래서 우리는 이미 이 분야에 진출하기 시작한 회사인 3DSIM을 찾았습니다. 그들은 훌륭한 기술을 많이 개발했고 훌륭한 사람들로 구성된 팀을 가지고 있었습니다. 그리고 그것은 당시 우리에게 자연스러운 일이었습니다.

ANSYS는 최근 Cambridge에 본사를 둔 Granta Design도 인수했습니다. 이것이 AM 기능에 어떤 영향을 미칩니까?

Granta Design은 본질적으로 재료 정보 회사입니다. 회사의 자재 데이터를 관리하기 때문에 자재 데이터의 PLM이라고 할 수도 있습니다.

적정에서 우리가 교차하는 부분은 기계와 같은 AM 프로세스와 관련된 많은 데이터가 있다는 것입니다. 예를 들어 설정. ANSYS와 Granta Design은 기업이 해당 볼륨 데이터를 제어하고 이해할 수 있도록 지원해야 할 필요성을 느꼈습니다.

예를 들어, 우리가 협력해 온 영역 중 하나는 기계 설정을 관리하는 기능입니다. 즉, 회사에서 인쇄 시뮬레이션을 수행할 때 프린터에서 사용하는 기계 설정을 데이터베이스에 복사하여 쉽게 다운로드하고 시뮬레이션 프로그램에 넣을 수 있습니다.

마찬가지로 Granta가 재료 데이터를 관리하면 해당 데이터를 시뮬레이션 소프트웨어로 가져올 수 있습니다. 이를 통해 해당 회사와 해당 자료에 대해 올바르고 검증된 자료를 사용하고 있는지 확인할 수 있습니다. 그래서 우리는 추가 측면에서도 같은 일을 하고 있습니다. 바로 그 데이터를 관리하는 것입니다.

당신이 말할 수 있는 파이프라인에 다른 파트너십이 있습니까?

우리는 항상 제품 스트림 전반에 걸쳐 생태계를 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 우리는 현재 몇 가지 영역에 집중하고 있습니다.

하나는 물리적 공간을 확장하는 것입니다. 우리는 최근 광학 시뮬레이션 또는 빛 시뮬레이션으로 이동함에 따라 광학 회사를 인수했습니다. 예를 들어, 이것은 우리가 깊이 관여하고 있는 자율 주행 차량의 매우 중요한 영역입니다.

첨가형 공간에서 우리는 또한 그 생태계를 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 우리는 항상 고객이 우리 제품을 어떻게 사용하고 있으며 그들의 불만 사항이 어디에 있는지 살펴보고 있습니다. 그로부터 우리는 유기적으로 할 수 있는 것이든 인수 또는 파트너십을 통해 할 수 있는 것이든 솔루션을 제공하는 데 도움이 될 수 있는지 확인하려고 합니다.

앞으로 AM에는 효과적인 제조 프로세스에 도달하기 위해 회사가 조합해야 하는 플레이어와 부품이 너무 많기 때문에 분명히 더 많은 것이 있을 것이라고 생각합니다. 따라서 해당 워크플로를 가능한 한 단순하게 만들기 위해 가능한 한 많은 솔루션을 제공할 수 있다면 모두가 혜택을 볼 것입니다.

금속 3D 프린팅을 도입하려는 회사에 어떤 조언을 하시겠습니까?

대기업이 기술에 뛰어들 수 있는 자원과 능력이 있는 경우가 분명합니다. 하지만 작은 회사라면 조금 어렵습니다.

그렇지만 할 수 있는 일이 몇 가지 있습니다.

먼저 파악해야 할 것 중 하나는 상업적으로 의미가 있는 생산할 수 있는 부품과 아이디어입니다. 많은 3D 프린팅 서비스 사무소가 해당 전문 지식을 보유하고 있으며 부품을 조언하고 제조할 수 있습니다.

이러한 서비스 제공업체를 이용하는 것은 이 기술에 발을 담그는 한 가지 방법입니다. 따라서 기계에 투자하고 기계를 이해하려고 애쓰는 것보다 엄청난 노력이 필요합니다. 일부 설계를 제안하고 타사 공급업체에서 인쇄하도록 하기만 하면 됩니다.

단순히 기계를 가져와 전원을 연결하고 첫날부터 인쇄를 시작할 것이 아니라는 점을 인식하는 것도 중요합니다. 기술에 대한 전문성과 이해를 구축하는 데는 시간이 걸릴 것입니다. 확실히, 당신이 들을 수 있는 많은 과정, 당신이 이용할 수 있는 많은 전문 지식 및 컨설팅이 있습니다.

마지막으로 인내의 문제이기도 합니다. 확실히, 기계는 점점 더 좋아지고 있으며 일반적으로 5년 전보다 업계에 대한 이해도가 더 높습니다. 결국 우리는 해야 하는 지점에 도달하기를 원합니다. 일반적인 제조 공정에서와 같이 기계를 연결하기만 하면 됩니다. 나는 우리가 결국 3D 프린팅으로 거기에 도달할 것이라고 생각하지만 우리는 아직 거기에 있지 않습니다. 따라서 기술을 더 발전시키는 데는 시간이 걸릴 것입니다.

금속 3D 프린팅의 현황을 어떻게 보십니까?

발전하는 모습을 지켜보는 것이 정말 재미있습니다. 초기에는 확실히 과대 광고가 많았습니다. Gartner의 과대 광고 곡선은 이에 대해 이야기합니다. 특히 얼리 어답터가 뛰어들었습니다.

그 다음에는 업계가 그렇지 않을 것이라고 인식한 잠잠한 단계가 있었습니다. 처음처럼 쉬워졌습니다.

하지만 우리는 흥분 단계를 지나고 소강 단계를 거쳤다고 생각합니다. 기대치는 훨씬 더 현실적이며 첨가제로 무엇을 할 수 있고 얼마나 빨리 채택할 수 있는지에 대한 더 나은 이해가 있습니다.

저는 이제 급증하는 것을 보고 있다고 생각합니다. 앞으로 몇 년 동안 금속 3D 프린터의 판매가 계속해서 증가할 것으로 예상합니다. 그러나 항공우주 및 의료와 같은 얼리 어답터뿐만 아니라 모든 산업 분야에서 채택이 꾸준히 개선되는 것을 보게 될 것입니다.

다시 말해, 우리는 확실히 고비를 넘고 있습니다.

기술 채택을 가속화하기 위해 아직 해결해야 할 과제는 무엇이라고 생각하십니까?

작은 조각이 너무 많습니다. 나는 기계와 기계 이면의 기술이 아직 성숙해야 한다고 언급했습니다.

또 다른 부분은 워크플로를 이해하고 이를 설계에서 생산 및 후처리에 이르는 과정을 설명하는 체계적인 프로세스로 가져오는 것입니다. 그러나 완전히 이해하려면 시간이 조금 더 걸릴 것입니다.

후처리 문제가 있습니다. 이러한 부품을 어떻게 열처리하고 언제 열처리합니까? 현재 이 영역에서 많은 작업이 수행되고 있습니다. 이러한 작업도 발전하고 이해하는 데 시간이 걸리기 때문입니다.

궁극적으로 전체 AM 에코시스템은 단편화되어 있습니다. 워크플로와 종단 간 솔루션을 만들기 위해 함께 엮어야 하는 작은 솔루션과 회사가 많이 있습니다.

그 통합은 계속되어야 합니다. 엔드 투 엔드 솔루션을 얻기 위해 다양한 소프트웨어와 하드웨어를 구입할 능력이 없는 회사의 경우 특히 그렇습니다.

최종 의견이 있으십니까?

나는 우리가 첨가제와 함께 여행 중이라고 말하면서 마치겠습니다.

우리는 아직 거기에 이르지 못했습니다. 기계가 아직 거기에 있지 않고 전체 프로세스에 대한 이해가 아직 없습니다. 하지만 흥미로운 점은 우리가 있다 점차적으로 거기에 도달합니다.

ANSYS는 고객 및 공급업체와 협력하고 이를 발전시키기 위한 연구 이니셔티브를 개발하고 있습니다. 우리는 더 나은 도구를 만들기 위해 계속해서 도구를 발전시킬 계획입니다. 그리고 적층 제조를 위한 설계 및 제작 방법을 정확히 아는 지점에 도달하기를 희망합니다. 오늘날 기계 가공과 같은 간단한 프로세스가 될 것입니다.

ANSYS 및 시뮬레이션 솔루션에 대해 자세히 알아보려면 https://www.ansys.com/을 방문하세요.