5 tendances intéressantes dans les logiciels d'impression 3D

Les logiciels ont longtemps été un goulot d'étranglement dans l'évolution de l'impression 3D. L'industrie s'est davantage concentrée sur les progrès du matériel et des matériaux, tandis que l'innovation logicielle a pris du retard.

Cependant, l'écart existant est en train d'être comblé, car de plus en plus d'entreprises développent désormais la prochaine génération d'outils logiciels qui feront avancer la FA vers l'industrialisation.

Ci-dessous, nous examinons certains des développements et tendances clés qui façonnent le marché des logiciels d'impression 3D.

1. La quête de l'interopérabilité des logiciels 

L'industrie de la fabrication additive évolue vers un flux de travail de préparation de conception plus simple et plus rapide. La clé pour y parvenir sera l'introduction d'une plus grande intégration logicielle.

Dans un processus de conception typique, un ingénieur créerait un modèle solide dans un système de conception assistée par ordinateur (CAO). Il lui faudrait ensuite le convertir en un modèle triangulé pour effectuer des contrôles d'imprimabilité, orienter la pièce sur le plateau de fabrication, optimiser la structure pour réduire le poids, ajouter des supports et effectuer des analyses de simulation. Pour bon nombre de ces étapes, les concepteurs et les ingénieurs utiliseront différents programmes et plusieurs formats de fichiers.

Cette vaste gamme d'outils de préparation de conception nécessaires pour préparer un modèle à l'impression ajoute une couche de complexité au flux de travail FA. La conversion et le transfert des données de conception vers différents environnements de conception peuvent souvent entraîner des erreurs et des retards coûteux. Et cela ne mentionne même pas les frais de licence importants que les entreprises paieraient pour utiliser plusieurs progiciels.

Une façon de surmonter ce défi est l'introduction d'une plus grande interopérabilité logicielle.

Dans le contexte du processus de conception FA, l'interopérabilité peut aider à réduire le nombre d'outils, d'étapes et d'efforts requis pour concevoir un modèle pour l'impression. Une façon d'y parvenir est de permettre à différents outils logiciels d'échanger et d'utiliser des données de conception sans conversions de données fastidieuses.

Aujourd'hui, nous voyons davantage de fonctions, traditionnellement présentes dans les logiciels spécifiques à la FA, migrer vers des logiciels de CAO, développés par de plus grandes sociétés de logiciels. L'intégration de la fonction de conception FA dans la CAO populaire peut être réalisée de plusieurs manières, y compris des intégrations logicielles, des acquisitions ou le développement de capacités en interne.

L'un des plus grands exemples comprend l'acquisition de la société de logiciels de conception AM, Netfabb, par Autodesk en 2015. Cette décision a permis à Autodesk de connecter Netfabb à son outil de conception et d'ingénierie Fusion 360, créant ainsi un environnement de conception d'impression 3D beaucoup plus simple pour ses utilisateurs.

Dans un exemple plus récent, Hexagon AB, une entreprise technologique mondiale basée en Suède, a acquis AMendate, un fournisseur allemand de logiciels d'optimisation de topologie pour la FA. AMendate sera ajouté à la branche MSC Software d'Hexagon, qui fournit des logiciels et des services de simulation d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO).

D'autres sociétés comme Altair, Dassault Systems et PTC ont également développé des capacités de conception FA dans le cadre de leurs solutions de CAO.

La tendance à intégrer et à rationaliser les étapes du processus de conception de FA devrait continuer à se renforcer, bien que le changement ne se produise pas du jour au lendemain. Cela dit, la réalisation de cette étape éliminera les obstacles à des itérations de conception plus rapides, permettant finalement aux utilisateurs d'impression 3D de rationaliser les tâches de modélisation complexes.

2. Déménagement pour remplacer STL ?

La création d'un flux de travail interopérable serait presque impossible sans reconsidérer l'utilisation de STL, le format de fichier d'impression 3D le plus courant.

Le format de fichier STL a été inventé au milieu des années 1980 pour permettre aux logiciels de CAO de transmettre des fichiers pour imprimer des objets 3D. À l'aide de STL, une conception en CAO est exportée sous forme de fichier STL, qui décrit un objet en trois dimensions comme une série de triangles liés (polygones).

Malgré de nombreuses avancées dans l'industrie, le format STL est resté largement inchangé depuis plus de 30 ans. Alors que l'industrie de l'impression 3D continue de se développer et d'évoluer, les limites du format STL sont devenues plus évidentes, en particulier lors de l'utilisation de l'impression 3D pour concevoir des pièces de production complexes.

Voici quelques-uns des défis liés à l'utilisation des fichiers STL : 

~ Définir avec précision des formes et des structures géométriques complexes ou volumineuses peut être difficile et implique la création de fichiers qui peuvent devenir très volumineux (par exemple plusieurs gigaoctets). Ces fichiers sont longs à envoyer à une imprimante 3D et, dans certains cas, peuvent être si volumineux qu'une imprimante 3D ne pourra pas accepter l'intégralité du fichier.

~Le format ne précise pas les informations sur la couleur, la texture ou le matériau.

~ Le format STL ne peut pas intégrer d'autres données au-delà de la conception, y compris les informations relatives aux droits d'auteur et à la sécurité des fichiers.

~Modifier le fichier est difficile. Le format de fichier ne peut pas faire la distinction entre les modifications mineures et majeures, donc tout changement signifie que l'ensemble du flux de travail doit recommencer, ce qui peut ajouter des heures au processus de conception.

L'une des tendances qui se dessine au cours des dernières années est le développement de solutions pour éliminer le besoin de fichiers STL. L'un d'eux est le développement de formats de fichiers plus efficaces.

Par exemple, le Consortium 3MF, initialement formé en 2015, vise à établir une nouvelle 3D universelle et open-source format de fichier, appelé 3MF, qui est exempt des problèmes qui affligent STL.

Au cours des deux dernières années, il y a eu un certain nombre de mises à jour de 3MF, y compris quatre extensions pour les matériaux et propriétés, la production, le treillis de faisceau et la tranche. Les extensions Volumetric et Laser Tool Path sont les prochaines sur la liste et actuellement en développement.

De plus, 3MF est doté de plusieurs fonctionnalités intégrées non disponibles dans STL, telles que des données de forme complexes avec des fichiers de faible taille, une ou plusieurs textures et plusieurs données de couleur.

Malgré ses avantages évidents, le format de fichier 3MF est adopté assez lentement dans l'industrie. Ironiquement, l'industrie de la FA, si étroitement associée à l'innovation, est habituée à travailler avec STL et hésite à passer à des formats plus efficaces.

Bien que STL ne devrait pas disparaître de sitôt, les utilisateurs d'AM devront finalement reconsidérer leur approche de la préparation d'un design pour l'impression 3D. L'utilisation de nouveaux formats de fichiers pourrait être l'un des moyens de répondre aux besoins de préparation de conception modernes.

3. Un nouvel accent sur les logiciels de workflow 

Les logiciels de gestion de flux de travail connaissent une croissance considérable sur le marché des logiciels d'impression 3D. L'un des principaux moteurs de cette croissance est le besoin d'une plus grande automatisation et d'une plus grande évolutivité du flux de production AM.

Un graphique d'un rapport récent d'IDtechEx montre que les revenus des logiciels de gestion de flux de travail augmenteront dans le prochain décennie, promettant un avenir radieux pour le secteur.

Alors que les entreprises commencent à intégrer la FA dans leurs opérations, elles sont confrontées à des pratiques de workflow manuelles et inefficaces. Par exemple, de nombreux opérateurs et techniciens AM doivent encore gérer manuellement les commandes, vérifier les statuts de fabrication et passer beaucoup de temps à identifier les pièces après leur impression. Cela crée de nombreux goulots d'étranglement opérationnels, ce qui rend la mise à l'échelle et la gestion efficace de la production AM une tâche difficile.

De nombreux progrès sont réalisés pour surmonter les inefficacités du flux de travail, le logiciel d'automatisation du flux de travail étant l'une des solutions clés.

Essentiellement, les plates-formes logicielles de workflow, comme AMFG, aident à établir un écosystème qui relie différentes étapes du workflow AM, comme la gestion des commandes, la planification de la production, la surveillance de l'état de la construction et les contrôles de post-traitement. L'objectif est de faire de la planification et du contrôle de la production un processus rationalisé et numérisé.

En conséquence, les entreprises, qu'il s'agisse de bureaux de service ou de magasins de FA internes, peuvent disposer d'un outil leur permettant de gérer le flux de travail de FA de bout en bout, tout en étant capable d'intégrer la FA dans une infrastructure numérique plus large.

4. Le rôle croissant des logiciels de simulation FA  

Les logiciels de simulation joueront un rôle de plus en plus important à mesure que l'impression 3D se transformera en une technologie capable de produire. La simulation est généralement utilisée au stade de la conception pour reproduire numériquement le comportement d'un matériau pendant le processus d'impression, dans le but de minimiser les échecs d'impression avant qu'un dessin ne soit envoyé à l'impression.

Malgré ses promesses, la simulation des processus d'impression 3D est difficile en raison d'un grand nombre de variables qui doivent être prises en compte lors du processus de simulation.

« Tous les logiciels de simulation d'aujourd'hui comportent un certain niveau d'hypothèses qui limitent la précision qu'ils peuvent fournir. C'est probablement le plus gros inconvénient en ce moment :ils ne peuvent pas être aussi précis que vous le souhaiteriez », déclare Dave Conover, technologue en chef d'ANSYS, dans une récente interview avec AMFG.

Cependant, la technologie de simulation évolue rapidement, les éditeurs de logiciels continuant d'affiner leurs offres. Une société de logiciels d'ingénierie, ANSYS, en est un exemple. Depuis début 2019, la société a publié trois mises à jour majeures, qui comportent de nombreuses nouvelles fonctionnalités.

Une mise à jour qui se démarque est ANSYS Additive Prep. Cet outil fait partie des progiciels ANSYS Additive Suite et ANSYS Additive Print.

Parmi ses fonctionnalités, citons la possibilité de produire des cartes thermiques qui aident les ingénieurs à prédire l'impact des orientations de fabrication AM sur les structures de support, les temps de fabrication, les distorsions et les performances d'impression globales.

Dans la dernière version R3, ANSYS Additive Prep a également été amélioré avec un nouveau processeur de construction qui permet aux utilisateurs d'exporter un fichier de construction directement vers une machine AM, évitant ainsi la nécessité d'utiliser un fichier STL.

De plus, MSC Software a sorti la prochaine génération de sa solution Simufact pour la simulation des processus d'impression 3D métal.

La mise à jour est fortement axée sur l'automatisation :elle peut compenser la distorsion de la pièce finale et optimiser automatiquement les structures de support, tout en identifiant les zones surchauffées ou insuffisamment chauffées et prédire les problèmes tels que les fissures, les lignes de rétraction et le contact de la coucheuse avant qu'ils ne surviennent.

Les développements en cours dans ce domaine indiquent que le besoin de solutions de simulation sophistiquées pour la FA augmente. L'industrie veut savoir comment fabriquer des produits imprimés en 3D avec des résultats fiables et reproductibles, et c'est là que la simulation peut jouer un rôle clé.

Il est intéressant de noter que les avancées dans les simulations FA vont de pair avec d'autres tendances logicielles d'impression 3D, notamment un accent accru sur l'interopérabilité, l'automatisation et la facilité d'utilisation.

5. Le logiciel devient plus intelligent

La combinaison d'un logiciel d'impression 3D et d'une intelligence artificielle (IA) est la prochaine grande tendance du secteur. Cette combinaison peut améliorer les processus de conception, de production et de flux de travail de l'impression 3D.

Sur le plan de la conception, l'association de l'IA à un logiciel de conception permet d'obtenir des outils de conception générative qui permettent aux ingénieurs d'explorer des options de conception inattendues. Le processus consiste à définir un problème de conception en entrant des paramètres de base tels que la hauteur, le poids qu'une pièce doit supporter, la résistance et les options de matériaux. En utilisant l'IA et le cloud computing, le logiciel de conception générative propose une myriade d'options de conception, qui répondent aux paramètres spécifiés.

Les logiciels de conception générative pourraient résoudre les problèmes d'ingénierie avec des solutions de conception que l'esprit humain ne pourrait jamais concevoir seul.

L'impression 3D est l'une des technologies clés à l'origine des progrès des logiciels de conception générative, car c'est souvent le seul moyen de donner vie aux conceptions générées par l'IA.

En plus des conceptions plus intelligentes, les logiciels évoluent également pour rendre la production avec l'impression 3D plus reproductible.

Par exemple, Markforged a récemment lancé un logiciel basé sur l'IA, Blacksmith, qui permet à ses imprimantes 3D d'ajuster la programmation et les paramètres pour garantir des résultats d'impression optimaux. Les algorithmes d'apprentissage automatique alimentant Blacksmith permettent au logiciel d'apprendre de la production de pièces précédente afin que les pièces deviennent plus précises et plus précises à chaque fois.

Pour y parvenir, le logiciel intelligent analyse une conception, la compare aux données de pièces numérisées capturées à partir de l'équipement d'inspection et adapte dynamiquement le processus de bout en bout pour finalement produire des pièces qui correspondent parfaitement au fichier CAO prévu.

Enfin, le flux de travail d'impression 3D devient également plus intelligent avec l'introduction d'un logiciel basé sur l'IA.

Les flux de travail d'impression 3D sont très gourmands en données, ce qui signifie qu'il existe de nombreuses informations sur les statuts des commandes, les données des machines et des matériaux, qui peuvent (et doivent être) non seulement surveillées et collectées, mais également analysées et traitées. Et c'est là que l'IA peut vous aider.

Les capacités d'analyse des machines peuvent permettre au logiciel d'analyser les données collectées et de suggérer des améliorations aux opérations de production. En fin de compte, cela offrira une meilleure visibilité sur les principaux goulots d'étranglement et sur la manière d'optimiser le processus pour tirer le meilleur parti de la FA.

Logiciel :la clé de l'industrialisation de l'impression 3D

Parmi les trois piliers clés de l'impression 3D - matériel, matériaux et logiciels - ce dernier est le moins avancé. Cependant, les choses changent maintenant, car les entreprises se rendent compte que les technologies numériques comme l'impression 3D nécessitent des solutions numériques pour soutenir leur croissance et leur évolution.

Les principaux fournisseurs de logiciels et les start-up cherchent désormais à développer des outils logiciels pour faire progresser la FA. Beaucoup d'efforts sont déployés pour permettre des résultats d'impression reproductibles grâce à un logiciel de simulation. Dans le même temps, il y a beaucoup d'activité pour surmonter les goulots d'étranglement dans les workflows de préparation de la conception et de gestion des processus.

Enfin, la convergence entre l'impression 3D et l'IA ouvre de nouvelles possibilités pour la conception et la production d'impression 3D.

En mettant tous ces développements ensemble, le logiciel devient vraiment la pièce du puzzle pour faire de l'impression 3D l'une des technologies de production clés d'aujourd'hui et de demain.