Ohlédnutí za konferencí Science in the Age of Experience 2017

Společnost Dassault Systèmes uspořádala v Chicagu Sympózium aditivní výroby a konferenci Science in the Age of Experience 2017. Obě multioborové akce představily dosavadními výsledky v oblastech digitálních simulací, 3D technologií, vědy a výzkumu pokročilých materiálů. Do Chicaga konference přilákala téměř dva tisíce odborníků z celého světa. Cílem bylo sdílet současné trendy, poznatky, postřehy, inovace i výsledky dosavadní úspěchů a spolupráce.

Sofistikovaná digitální technologie prolamuje hranice výzkumu nových pokročilých materiálů použitelných ve zdravotnictví a strojírenském průmyslu. Mezioborové vědecké týmy motivuje stále nevyužitý potenciál 3D tisku kovů i plastů. Ke vzdálené komunikaci jim pomáhají moderní cloudová řešení pro navrhování, simulace, validace a sdílení dat.

Vývoj pokročilých materiálů vede nejen k inovativnímu designu, otevírají se současně možnosti 3D tisku biologických materiálů, jako jsou lidské orgány. Na konferenci v Chicagu o 3D biotisku promluvil profesor Katsushi Kunimoto z japonské univerzitní nemocnice v Nagoja. Hovořil o vývoji multifyzikálních biologických materiálů, které mění mechanické a fyzikální vlastnosti v čase a jejich vývoj souvisí s budoucností 3D biotisku a bioskenování. Nutno podotknout, že se vývoj neobjede bez výpočetních programů a digitálních simulací, které dokážou předvídat jejich chování v čase, včetně následující optimalizace.

Postřehy ze sympozia a konference

Na setkání vystupovali zástupci firem, vládních a státních organizací i profesoři z akademických obcí. Témata zasahovala do různých průmyslových a zdravotnických oblastí a představené výsledky byly vědeckého i praktického charakteru. S převážnou většinou prezentovaných projektů pomáhala platforma 3D Experience. Konkrétně se jedná o simulační software Simulia s moduly Abaqus (pevnostní analýzy) a Tosca (topologické optimalizace a navrhování bionických konstrukcí) a řešení Biovia pro propojení biologických, chemických a materiálových inovací. Produkt Geovia slouží pro modelování a simulování životního prostředí, geosféry a využití přírodních zdrojů celé planety.

Výčet všech projektů, výsledků a zajímavostí z konference by přesáhl rozsah tohoto příspěvku. Redakčnímu zázemí našeho vydavatelství se v Chicagu podařilo zaměřit na předem vytipované oblasti související s 3D tiskem. Přinášíme vám exkluzivní přehled novinek a moderních trendů.

3D tisk při výrobě běžecké obuvi Adidas

Celodenní Sympózium aditivní výroby zahájil americký konstruktér Derek Luther, jehož jméno je spojováno s vývojem a konstrukcí sportovní obuvi ve společnosti Adidas. Jedná se o první obuv svého druhu, jejíž měkká podrážka odlehčuje rázy chodidel a její jinak plné jádro tvoří topologicky optimalizovaná minimalistická příhradová konstrukce. Výsledkem zavedení 3D tisku v Adidasu bylo urychlení vývoje, výrobního procesu, snížení výrobních nákladů na prototypování a realizace kreativních nápadů. Na vývoji obuvi německého výrobce se podílela společnost Carbon. Ta stojí za zrodem nové technologie 3D tisku Digital Light Synthesis (DLS), jejíž princip spočívá v digitální projekci světla, optiky propouštějící světlo a vytvrditelné kapalné pryskyřice, jejíž proces vytvrzování lze vzdáleně programovat.

Aditivní výroba v leteckém a kosmickém průmyslu

Příspěvek Johna Vickerse z vědeckého střediska NASA (Marshall Space Flight Center) zdůraznil, jak důležitý je přínos aditivní výroby pří výrobě topologicky optimalizovaných součástí z lehkých kovových slitin, jejichž tradiční výroba je příliš nákladná. NASA využívá 3D tisk pro výrobu součástí určených pro mise na Mars a cílem je vyvinout spolehlivou 3D tiskárnu, se kterou bude možné tisknout součásti vzdáleně – přímo na palubě raketoplánu.

Vickers dále uvedl, že výhodou konstruktérů a technologů je možnost simulovat proces 3D tisku v řešení Simulia běžícím na platformě 3D Experience. Rychlost chlazení různých kovových slitin se liší podle jejich chemického složení a materiálových vlastností, což způsobuje jeho nelineární chování. Předběžná simulace dovede odhalit a předvídat průběh stavby, což vede k eliminaci zbytkového pnutí a deformací kovových dílů.

3D tisk mění tvůrčí myšlení konstruktérů

Praktické využití topologické optimalizace a navrhování bionických konstrukcí se objevilo téměř v každé prezentaci související s 3D tiskem. Konstruktéři již z výhodou používají moderní nástroje pro konstruování a nechali se inspirovat tím, co nám zanechala matka příroda. Bionické konstrukce inovují celkový návrh součástí. Výsledkem jsou nové tvary zdánlivě připomínající tvar listu nebo pavučiny, které nejsou tradičními metodami vyrobitelné. Inovací lze ušetřit náklady na materiál a model součásti může být dutý nebo vyplněný minimalistickou příhradovou konstrukcí. Úspora materiálu potom v mnoha případech přesahuje i 50 procent, což je třeba u titanové slitiny nezanedbatelný poměr. Příkladem jde koncern GE, který odhaduje, že díky 3D tisku sníží počet vyráběných dílů na nových proudových motorech až o 800 kusů. V současné době již výhody 3D tisku realizuje při výrobě asi 30 procent dílů.

Synergie ve výzkumu hardwaru a softwaru

Jerry Feldmiller ze společnosti Orbital ATK hovořil o významu spolupráce s firmou Stratasys. Velmi důležitá je zpětná vazba a společná práce na vývoji softwaru pro přípravu 3D tisku. Dlouhodobá vzájemná součinnost obou firem přinesla velmi užitečné poznatky, které vedou k maximálnímu využití strojů pro 3D tisk. Z prezentace vyplynulo, že je velmi důležité sdílet dosavadní zkušenosti a osvědčené postupy výroby 3D tiskem a tato skutečnost se musí promítnout i do edukačního projektu STEM Center v USA (Science + Technology + Engineering + Math). Ten je ve Spojených státech velmi rozšířený a jeho cílem je rozvíjet technické myšlení dětí již ve školním věku. Podle předpokladů Feldemillera bude Americký trh v příštích deseti letech postrádat 2 milióny pracovníků. Chybět budou především kvalifikovaní konstruktéři a technologové.

Navrhování prototypů s ohledem na životní cyklus

Vývoj pokročilých materiálů souvisí s optimalizovaným navrhováním konformního chlazení v lopatkách statoru, formách pro lisování plastů, zubech ozubených kol, což obecně vede k prodloužení životnosti funkčních modelů. Prostřednictvím simulačních nástrojů lze optimalizovat tvar procesních kanálků, simulovat proces chlazení či vyhřívání a prostřednictvím 3D tisku kovů mohou být tvarově komplikované a duté tvary vyrobeny. Na platformě 3D Experience lze navrhnout a optimalizovat tvar modelu, simulovat proces chlazení či ohřívání, včetně simulace chladnutí stavby při 3D tisku.

Rozvoj externí spolupráce

Sdílení poznatků víceoborové aditivní výroby je velmi důležité, což si ve společnost Dassault Systèmes dávno uvědomili. Své aktivity ve vztahu k aditivní výrobě nadále rozvíjí s firmami Adaptive Corporation, Caelynx, Front End Analytcis, Granta a Stratasys. S firmou nTpology spolupracují na vývoji zásuvného modulu pro navrhování minimalistických příhradových konstrukcí. Tento modul bude dostupný i v SolidWorksu 2018.

Stephen Anderson ze společnosti Renishaw prezentoval případovou studii topologické optimalizace vahadla v řešení Simulia, jehož výroba byla provedena na 3D tiskárně Renishaw AM500. Na součástce prezentoval celý vývoj výrobku – od topologické optimalizace a realizace 3D tisku po kontrolu měřením dotykovou sondou na zařízení Eqautor.

Řešení případové studie je dostupné on-line (anglicky, 2,5 minuty):

Vize společnosti Dassault Systèmes

Z agendy čtyřdenního programu sympozia a konference bylo zřejmé, že společnost Dassault Systèmes investuje mnoho úsilí do vývoje softwaru a chce se nadále podílet na vývoji pokročilých materiálů. Klíčovým prvkem je platforma 3D Experience, která musí splňovat náročné požadavky uživatelů a musí udržovat krok se současnými trendy ve výzkumu a vývoji. Filozofií společnosti Dassault Systèmes je prostřednictvím řešených projektů na platformě 3D Experience poskytnout lidem lepší životní styl a udržovat planetu nadále obyvatelnou a využívat k tomu energii z obnovitelných přírodních zdrojů. Budoucnost vidí v multifyzikálním objevování, simulování výrobních procesů, validaci a vývoji pokročilých biologických materiálů.

Prezentované novinky, moderní trendy a zkušenosti naznačily, kam směřují věda, výzkum, vývoj a inovace v oblastech 3D technologií a digitálních simulacích. Motivační a inspirativní přednášky přinesly návštěvníkům mnoho zajímavých informací, ti si tak rozšířili povědomí o víceoborové problematice. Příští ročník konference Science in the Age of Experience 2018 se koná v Bostonu.

Zdroj: Sympozium aditivní výroby a konference Science in the Age of Experience 2017, Chicago (květen 2017)