Demande de pièces de haute qualité CAO/FAO de premier ordre

La question éternelle dans la fabrication avec un logiciel de CAO/FAO est de savoir comment aider les constructeurs à fabriquer leurs pièces plus rapidement, moins cher et mieux, tout le temps. Avec la dernière génération de versions de logiciels de CAO/FAO, les développeurs continuent de peaufiner leurs offres en ajoutant de nouvelles fonctionnalités, notamment des capacités de conception générative, une plus grande automatisation des processus d'atelier fréquemment utilisés, ainsi que davantage d'outils pour le domaine émergent de la fabrication additive.

De plus, les simulations sont devenues beaucoup plus critiques, avec des machines multiaxes très complexes nécessitant un calcul précis des éléments de la machine-outil afin d'éviter des collisions catastrophiques pendant les processus d'usinage, ce qui rend hautement souhaitable pour la CAO/FAO d'offrir des capacités de visualisation intégrées.

Parmi ces dernières tendances, la conception générative et la fabrication additive s'imposent rapidement sur le devant de la scène. "Nous continuons à voir de plus en plus d'applications pour la fabrication additive, de nouvelles capacités de manipulation des matériaux et une capacité et des performances accrues des machines", a déclaré Paul Brown, directeur marketing senior, NX Product Engineering, pour Siemens Digital Industries Software, basé à Plano, au Texas. "Cela augmente à son tour la demande en technologies de CAO, permettant aux ingénieurs d'explorer de nouvelles conceptions et de profiter de la puissance et de la flexibilité qu'offrent les nouvelles méthodes de fabrication."

Les entreprises cherchent toujours à rationaliser leur conception tout au long des cycles de fabrication. Il y a un intérêt continu dans des domaines tels que la conception pour la fabrication (DFM), la vérification pour accroître la confiance dans la capacité de fabriquer et de construire ce qui est conçu, a noté Brown.

Adopter l'approche générative

La conception générative a aidé les fabricants à accélérer et à affiner le processus de conception. Cela signifie concevoir des pièces de manière plus efficace et développer des pièces plus faciles à fabriquer.

"Avec plus de pression que jamais sur les fabricants pour fournir de meilleurs produits plus rapidement et à moindre coût, la nécessité de connecter et d'automatiser les processus de conception et de fabrication pour réduire les itérations, les erreurs et les délais de livraison devient critique", a déclaré Sanjay Thakore, responsable de la stratégie commerciale, Fusion 360 Go-to-Market Strategy, pour Autodesk Inc., un développeur de logiciels de CAO/FAO basé à San Rafael, en Californie.

"La combinaison de la convergence de l'industrie et des nouvelles technologies de fabrication crée de nouvelles opportunités d'automatisation", a déclaré Thakore dans une interview publiée dans le numéro de septembre de Manufacturing Engineering. "Les défis de conception et d'ingénierie complexes peuvent être résolus à une fraction du coût [des processus de conception traditionnels] grâce à la technologie de conception générative telle qu'elle est proposée dans Autodesk Fusion 360."

La conception générative est un outil d'exploration qui génère simultanément plusieurs solutions prêtes pour la CAO en fonction des contraintes de fabrication réelles, des exigences de performance des produits et des exigences de coût. "Les ingénieurs peuvent explorer l'espace de conception en tenant compte de plusieurs matériaux et méthodes de fabrication et choisir l'option qui équilibre le mieux les performances et les exigences de coût", a-t-il déclaré.

Certaines entreprises commencent à utiliser des approches génératives pour résoudre les problèmes de conception, a noté Brown de Siemens. "Cela leur donne plus d'opportunités d'explorer des formes et des matériaux alternatifs pour résoudre un problème." Le défi est de savoir comment l'intégrer dans un processus traditionnel. "Avec la modélisation convergente, nous disposons de la technologie qui permet aux utilisateurs d'utiliser des conceptions génératives résultant de simulations et d'optimisations en tant que géométrie de modélisation de base, en combinant cela avec des techniques de modélisation et de fabrication traditionnelles", a déclaré Brown.

Ceci est encore alimenté par l'utilisation de la fabrication additive qui permet des formes et des approches qui ne peuvent pas être créées à l'aide de techniques de fabrication traditionnelles, telles que les structures en treillis. Ceux-ci réduisent considérablement le poids des composants tout en conservant les propriétés mécaniques de rigidité et d'autres facteurs.

"Avoir des capacités de programmation CNC intégrées est essentiel pour produire des pièces finies, ce qui permet l'industrialisation de la fabrication additive", a déclaré Brown. "L'utilisation de ces types de technologies intégrées s'étend progressivement du prototype initial à la production de masse - c'est là que Siemens se concentre." Il a déclaré que l'entreprise examinait comment elle permettait la FA à l'échelle industrielle, de la taille de l'emploi de 1 à 1 000.

Les techniques de conception générative produisent des formes hautement organiques, a noté Alan Levine, directeur général, Open Mind Technologies USA Inc., Needham, Mass., développeur du logiciel hyperMILL CAD/CAM. "Ces formes peuvent être fabriquées avec des techniques de fraisage traditionnelles ou des techniques additives", a-t-il déclaré. "Lors de l'utilisation de la technique additive, le fraisage est couramment utilisé comme processus secondaire pour obtenir la qualité de finition de surface souhaitée."

Une finition de surface supérieure pour une pièce usinée nécessite des réglages précis dans le système FAO, des porte-outils de haute qualité et des machines-outils précises, selon Levine. « La plupart des systèmes CAM utilisent généralement un maillage approximatif au-dessus de la topologie de la surface du modèle. L'avantage de cette méthode est d'avoir un processus de calcul uniforme quelle que soit la façon dont le système CAO ou les traducteurs CAO définissent les entités de surface », a déclaré Levine. Open Mind a récemment ajouté un modèle de haute précision pour usiner directement sur les surfaces des pièces, améliorant ainsi la qualité de surface.

La croissance rapide d'Additive

De nouvelles techniques pour travailler avec des applications additives se développent rapidement, en particulier celles des systèmes CAM pour le dépôt à énergie dirigée (poudre ou fil), a ajouté Levine. "Certains fournisseurs de CAM ont abordé ce potentiel de marché avec une nouvelle stratégie additive ou des techniques modifiées qui ont été appliquées dans les systèmes à lit de poudre", a déclaré Levine. "En utilisant ce dernier, les stratégies de parcours d'outil sont alors quelque peu limitées. Open Mind a développé un processus de programmation additive qui permet d'adapter presque tous les parcours d'outil de fraisage pour l'additif, et inclut la technologie supplémentaire requise pour ce marché. Cela donne aux utilisateurs la liberté de créer un processus de programmation, y compris pour les stratégies de trajectoire d'outil 2D et 3D, ainsi que le contrôle à cinq axes si nécessaire. »

La fabrication additive et la fabrication hybride (additive et soustractive sur la même machine) gagnent en popularité. Pourquoi? La plupart des procédés additifs pour le métal ne laissent pas une finition de surface appropriée. Les solutions hybrides permettent une finition fraisée sur la même machine et configuration qui a produit les portions additives.

« Ces machines sont intéressantes pour les utilisateurs finaux. Open Mind est actif dans les processus de fabrication additive basés sur les développements de dépôt à énergie dirigée », a déclaré Levine. L'utilisation comprend des démonstrations avec des partenaires de machines, des activités universitaires et de recherche, a-t-il ajouté, ainsi que certains utilisateurs finaux industriels précoces qui travaillent avec l'usinage additif et hybride des métaux.

"La tendance de la fabrication additive nous conduit vers des systèmes de FAO hybrides", a déclaré Chuck Mathews, vice-président exécutif, DP Technology Corp., Camarillo, Californie, le développeur du logiciel ESPRIT CAM. "A titre d'exemple, ESPRIT Additive for Direct Energy Deposition est disponible dans le système ESPRIT CAM à spectre complet, offrant la programmation, l'optimisation et la simulation pour les processus additifs et soustractifs dans une solution intégrée."

Mathews a déclaré que l'application additive d'ESPRIT fournit une programmation pour les machines-outils multitâches, multifonctions, multicanaux, fraisage-tournage, additives et soustractives. Les processus additifs et soustractifs sont programmés, optimisés et simulés ensemble au sein d'une même interface.

Les techniques additives se retrouvent dans presque tous les produits CAO/FAO, car la fabrication additive offre aux utilisateurs une liberté de conception introuvable dans les méthodes soustractives traditionnelles.

"Ces nouvelles techniques ont ouvert des moyens innovants de créer des pièces qui ne pouvaient pas être faites dans le passé", a déclaré Ben Mund, analyste de marché senior, CNC Software Inc., le développeur du logiciel Mastercam basé à Tolland, dans le Connecticut. "En combinant les surfaces de haute précision obtenues avec la fabrication soustractive en cours avec les techniques additives, vous obtenez le meilleur des deux processus", a déclaré Mund.

Le logiciel de CFAO doit permettre à l'ingénieur de maîtriser autant le processus additif que soustractif, avec des outils similaires. Mund a déclaré rechercher des fonctionnalités telles que le matériau de support, la définition de matériau gradué, ainsi que des techniques telles que l'imbrication 3D et l'orientation optimisée des pièces, permettant à l'utilisateur du logiciel de contrôler tous les aspects du processus de fabrication.

"La fabrication additive fait partie de notre héritage chez 3D Systems, et nous voyons beaucoup de fabrication additive et soustractive côte à côte et intégrée dans l'industrie", a noté Daniel Remenak, chef de produit-GibbsCAM, pour le constructeur de machines additives 3D Systems Inc., Rock Hill, S.C. "Au fur et à mesure que ces flux de travail deviennent plus courants, cela influence les attentes des clients en matière de logiciels de programmation, qui doivent être en mesure d'aider les programmeurs à connecter efficacement ces technologies. Notre produit 3DXpert est principalement dédié aux workflows additifs, tirant parti de notre expérience CAO à l'échelle de l'entreprise pour le support et la génération de treillis, et de notre expertise en usinage soustractif pour un moteur de découpage avancé et un usinage post-impression."

Remenak a déclaré que l'équipe de GibbsCAM travaille avec des fournisseurs de machines CNC et des chercheurs sur le développement de techniques dédiées à la programmation de machines hybrides soustractives et additives de dépôt depuis quelques années.

Stratégies pour une production rapide

Le «pain et le beurre» de l'usinage peut résider dans l'automatisation des fonctionnalités fréquemment utilisées pour les utilisateurs en atelier qui ont besoin de résultats rapides et précis afin de fabriquer leurs pièces de haute qualité, souvent en gros volumes et à temps, tout le temps. La clé de ces objectifs sont les simulations en CAO, qui assurent le bon fonctionnement des ateliers en garantissant le bon fonctionnement des programmes de pièces, sans collisions coûteuses, et le domaine un peu plus banal des outils de CAO qui sont surnommés « CAO pour FAO » et donnent aux utilisateurs les écrous et -options de boulons nécessaires pour fabriquer leurs pièces rapidement.

"Le principal objectif de chacune de nos fonctions et améliorations de CAO est basé sur l'idée de" CAO pour FAO ", ce qui signifie préparer la pièce pour la fabrication", a déclaré Mund de CNC Software. "C'est notre objectif numéro un. Qu'un utilisateur ait créé une pièce complexe à partir de zéro dans Mastercam, ou qu'il ait besoin d'analyser et de réparer les zones problématiques d'une pièce générée dans un autre système de CAO, notre suite d'outils filaires, de surfaçage et solides est disponible pour que tout soit prêt pour la machine. sans tarder."

Mund a déclaré que plusieurs facteurs influencent la conception CAO/FAO, mais la plupart impliquent l'innovation, la réduction des coûts, l'accélération de la mise sur le marché et l'amélioration de l'efficacité. "Nous sommes constamment à l'écoute des besoins de nos clients concernant les pièces avec lesquelles ils travaillent et les problèmes qu'ils peuvent rencontrer, afin de développer de nouveaux outils pour rendre plus de choses possibles à l'intérieur de la suite d'outils Mastercam CAD", a déclaré Mund. "Plus vite un utilisateur peut créer une nouvelle pièce ou apporter des modifications à une pièce importée pour soutenir le processus de fabrication, plus vite elle peut être programmée et sur une machine pour la découpe.

Accélérer les délais de mise sur le marché est essentiel, a-t-il ajouté. "De nombreux ajustements peuvent être effectués à l'intérieur de Mastercam avec nos outils de CAO, ce qui permet d'économiser du temps et des dépenses pour le renvoyer au système de CAO d'origine. Dans ce cas, nous permettons aux programmeurs FAO d'apporter des modifications qui prennent en charge le processus d'usinage, qu'il s'agisse de concevoir un montage, de créer une géométrie temporaire en cours de processus ou de réparer des problèmes dans le fichier CAO d'origine.

"L'efficacité signifie utiliser tous nos outils dans le but de préparer la pièce pour la machine - filaire, surfaces et solides travaillant tous ensemble dans ce but", a poursuivi Mund. Enfin, la connectivité compte. "Dans le monde de la CAO, cela peut signifier lire des pièces de chaque modélisateur CAO prenant en charge les formats standard de l'industrie tels que IGES et STEP et les formats propriétaires courants tels que SAT, DXF, DWG, X_T, etc."

Il pense également que cela signifie que le modèle CAO dans un fichier de pièce Mastercam est associé aux informations CAM ; changer le modèle et les parcours d'outils sont conscients et peuvent être facilement mis à jour sans avoir à repartir de zéro.

D'autres fournisseurs adoptent des approches similaires de la CAO destinées aux utilisateurs traditionnels de FAO. « Open Mind a conçu sa fondation hyperCAD-S (au sein d'hyperMILL) comme un module CAD-for-CAM. Les systèmes de CAO populaires n'offrent pas toujours la meilleure expérience utilisateur aux utilisateurs de FAO », a déclaré Levine. « L'objectif d'hyperCAD-S est de simplifier les fonctions nécessaires pour piloter un système de FAO. Quelques exemples sont les sélections de limites, les extensions de face et les sélections de filtres telles que coplanaire et coaxiale, et d'autres fonctions pour réparer et réajuster les surfaces si nécessaire."

Open Mind est ensuite allé plus loin en proposant des séquences prédéfinies d'utilitaires CAO pour l'utilisateur CAM et dans les stratégies CAM, sans avoir besoin des sélections sous-jacentes, a-t-il ajouté.

"Par exemple, dans l'industrie des moules et matrices, les arêtes vives sont essentielles pour l'accouplement de la géométrie du noyau et de la cavité afin d'éviter les bavures pendant le processus de moulage", a déclaré Levine. "Pour obtenir un bord net et éviter qu'une fraise ne roule sur une arête, il est avantageux d'étendre ces surfaces et de guider correctement la fraise sur et hors de la pièce."

Le module de finition de forme hyperMILL Z-level comprend une extension tangente automatique pour rationaliser ce processus pour l'utilisateur. Le résultat est des surfaces et des arêtes usinées sans sélections fastidieuses ni étapes supplémentaires dans le processus de programmation FAO.

Pour l'usinage multi-axes complexe, les simulations sont obligatoires et les simulations en CAO sont devenues populaires par rapport à certaines des simulations tierces les plus chères du marché. "Nous continuons à voir de fortes tendances vers des machines multitâches complexes et une utilisation et une dépendance accrues envers la simulation de machine", a déclaré Remenak de GibbsCAM. "Les ateliers d'usinage se concentrent sur l'acquisition de logiciels capables de fournir la meilleure efficacité de programmation, la plus grande productivité sur machine et les outils de validation les plus puissants avec des post-processeurs éprouvés et fiables."

Post-traitement des détours de Nixes

Sans un bon post-traitement ou une CAO/FAO complète qui fonctionne avec d'autres solutions logicielles de fabrication, les utilisateurs peuvent se retrouver avec des détours imprévus. « À notre avis, ce qui fait qu'un système de FAO est « bon » se résume à la qualité de son post-processeur et à l'assistance technique du fournisseur », a déclaré Mathews de DP Technology. "Lorsque les questions de programmation reçoivent une réponse rapide et précise et que le système produit un bon code, la programmation est simplifiée et l'utilisation de la machine augmente, tandis que les temps de configuration et de cycle diminuent."

DP Technology s'efforce de fournir le meilleur post-traitement et support technique disponibles, affirme-t-il, ajoutant que "la stratégie d'ESPRIT consiste à travailler en étroite collaboration avec les constructeurs de machines-outils et à construire un jumeau numérique de chaque CNC qui comprend des post-processeurs développés en usine conçus pour produire G-code optimisé pour l'usinage et sans modification », a déclaré Mathews. DP Technology soutient ESPRIT en fournissant une formation et un support technique directement en usine à ses clients nord-américains par le biais d'une équipe dédiée d'ingénieurs d'application ESPRIT.

Guichet unique

Des packages complets peuvent attirer les utilisateurs à la recherche d'un guichet unique en CAO/FAO, combinant la CAO/FAO avec l'inspection et la métrologie, ou avec des solutions PLM, ERP et MES.

"L'une des dernières tendances que nous entendent nos clients et nos nouveaux prospects est qu'ils ont besoin de nous pour fournir des solutions de fabrication complètes, plutôt qu'un simple logiciel de CAO/FAO", a déclaré Nick Spurrett, directeur régional - Amériques, Logiciels de production, Hexagon Manufacturing Intelligence , North Kingstown, R.I. "Leurs demandes représentent tout, d'une solution MES à des solutions qui les mèneront jusqu'à la vérification complète des machines-outils. Avec l'ajout de NCSIMUL et WORKPLAN, Hexagon Production Software aligne notre activité pour répondre à ces dernières tendances. »

Hexagon Manufacturing Intelligence a récemment présenté des démonstrations de ses solutions de production numérique qui composent le portefeuille de logiciels de production, qui comprend plusieurs titres CAD/CAM de Vero Software, qui a été acquis par Hexagon il y a quelques années, ainsi que NCSIMUL, un logiciel haut de gamme package de simulation et de vérification, ainsi que les solutions d'inspection traditionnelles d'Hexagon.

"Nous continuons à développer tous nos produits de fabrication, y compris la création plus rapide de parcours d'outils et la fourniture de stratégies de forme d'onde dans l'ensemble des produits", a déclaré Spurrett à propos de la gamme nouvellement fusionnée. "Nous proposons également la technologie Advanced Toolform avec l'introduction de l'usinage cinq axes pour toutes les formes d'outils." Il a noté qu'il permet de calculer des formes d'outils à cinq axes telles que des barils, des ovales, des formes paraboliques ou toute forme donnée, sur les surfaces de la pièce, y compris les décalages négatifs (tolérances).

"La conception pour la fabrication est l'une des solutions clés que nous avons lancées au cours des 12 derniers mois", a ajouté Spurrett. « Nous fournissons une solution CAO pour FAO ou CAO pour ateliers d'usinage aux entreprises qui souhaitent tirer parti des données CAO qu'elles reçoivent ou travailler dans un environnement CAO qu'un atelier d'usinage ou un programmeur CNC peut exploiter car il fournit le type de fonctionnalité dont ils ont spécifiquement besoin pour faire de la fabrication. L'utilisation de la modélisation directe permet à l'utilisateur de modifier directement la géométrie en poussant ou en tirant des morceaux du modèle comme bon lui semble. »