Na łamach prasy branżowej na stałe zagościł już termin Przemysł 4.0. W kontekście czwartej rewolucji przemysłowej, z ideą autonomicznej Fabryki 4.0 w ramach Internetu rzeczy, ważną rolę odgrywają systemy CAD/CAM. Wykorzystanie bowiem przepływu danych między środkami produkcji, programami i systemami CAD/CAM oraz ERP w ramach cyklu życia produktu to fundament procesów produkcyjnych przyszłości.

Nie można zapominać, że do pozytywnych zmian w programach i systemach CAD/CAM przyczynia się rozwój technik wytwarzania – i odwrotnie: nowe możliwości w obszarze CAD/CAM wpływają na efektywniejsze wykorzystanie technik wytwarzania.

 

Druk 3D

Jedną z dziedzin wpływających na programy i systemy CAD/CAM jest przyrostowa technika wytwarzania. Wymusza ona rozwój modelowania powierzchniowego, które nie było dotychczas tak rozbudowane jak bryłowe. Trzeba podkreślić, że druk 3D z metali jest coraz bardziej znaczącą metodą wytwarzania konstrukcji nośnych, także w przemyśle lotniczym.

Przykład wydruku 3D z metali

Model powierzchniowy przedmiotu wytwarzanego w druku 3D stanowi podstawę konstrukcji w programie CAD. Po utworzeniu modelu powierzchniowego i jego zapisaniu wraz z niezbędnymi danymi można dokonać eksportu do drukarki 3D. Techniki addytywne nie wymagają stosowania postprocesora i definiowania narzędzi jak w obróbce skrawaniem.

W przypadku wydrukowanych przyrostowo przedmiotów warstwa wierzchnia ze względu na stan (chropowatość wynikającą z budowania warstwy po warstwie) wymaga obróbki wykańczającej – obróbki skrawaniem i ściernej. Ponieważ druk 3D wykorzystywany jest do syntezy przedmiotów o skomplikowanych kształtach, nierzadko uzasadniona jest tu obróbka 5-osiowa lub z użyciem robota przemysłowego. Podczas gdy w procesie obróbek ubytkowych stosuje się przede wszystkim model bryłowy, środowisko CAD/CAM umożliwiające obsługę druku 3D i obróbki skrawaniem powinno zapewniać funkcjonalną pracę i z modelami powierzchniowymi, i bryłowymi. Przykładem takiego systemu CAD/CAM jest NX 11 firmy Siemens.

Przykład nestingu 2D i wykorzystania podpór

Wykorzystuje on technologię Convergent ModelingTM oraz synchroniczną. Techniki przyrostowe wymagają też odmiennego podejścia do analizy technologiczności konstrukcji wytwarzanego przedmiotu. Druk 3D umożliwia m.in. obniżenie masy, wydłużenie okresu eksploatacyjnego komponentu, modyfikację pożądanych właściwości użytkowych w odniesieniu do możliwości technologicznych technik ubytkowych (np. chłodzenie konformalne form dla wyprasek z tworzywa sztucznego).

Aby jak najlepiej wykorzystać przestrzeń obróbkową przemysłowej drukarki 3D do druku z metali, potrzebna jest odpowiednia funkcjonalność systemu CAD/CAM w zakresie tzw. nestingu. Dodatkowo wytwarzanie przyrostowe nierzadko wymaga wykorzystywania podpór.

 

Dokumentacja 3D

Opracowanie modelu 3D komponentu – bryłowego i powierzchniowego – to proces, który nie zawsze bazuje przede wszystkim na powierzchniach konstrukcyjnych. Te otrzymywane są jako efekt finalny procesu syntezy modelu. Każdy projekt wymaga dokumentacji, która nadal w wielu wypadkach – ze względu na wieloletnie przyzwyczajenia – występuje w postaci 2D. W zapisie konstrukcji wykorzystuje się rysunek techniczny do opisu kształtu, wymiarów, tolerancji oraz błędów kształtu i położenia. Nie wystarczy to jednak w przypadku modelu bryłowego, który wielokrotnie pojawia się w zapytaniach ofertowych klientów. Dotychczas w zasadzie trudno było wskazać system i program CAD/CAM, który zapewniałby możliwość opracowania skutecznego opisu modelu 3D.

Przykład modyfikacji w ramach analizy technologiczności konstrukcji przedmiotu do druku 3D – NX 1

W nowej wersji oprogramowania Autodesk Inventor 2018 pojawia się m.in. ważna funkcjonalność – opisywanie modelu w przestrzeni 3D (MBD). Stanowi ona istotne rozszerzenie możliwości tego systemu CAD. Moduł MDB jest tu zintegrowany z procesem roboczym użytkownika i obsługuje wymiarowanie oraz tolerancje geometryczne. Dane te są dołączane do modeli 3D. Możliwe jest ich wykorzystanie również w dokumentacji 2D, a także w plikach 3D w formacie PDF.

Nieco odmiennym zagadnieniem jest implementowanie modułów wspierających projekt od strony zarządzania produkcją. Przykładem jest moduł TOOL Costing wprowadzany do systemu NX w celu kosztorysowania wykonania form.

 

Praca w chmurze

Coraz bardziej propagowane i widoczne jest dziś stosowanie chmur informatycznych, również w kontekście Przemysłu 4.0. Rozwój infrastruktury internetowej wpływa na zwiększenie wykorzystania chmury jako jednej platformy dla wszystkich produktów, co ułatwia ich aktualizację.

Przykładem rozwijanego na bieżąco systemu CAD bazującego na chmurze jest platforma On-Shape firmy Belmont Technology z USA. Dostęp do programu uzyskuje się z poziomu przeglądarki internetowej oferowanej przez firmę.

 

STEP-NC

Warto też wspomnieć o pracach rozwojowych nad standardem STEP-NC (rodzina norm ISO 14649), pochodnego STEP (STandard for the Exchange of Product Model Data), opisanego w serii norm ISO 10303. Wykorzystywany bowiem od lat standard ISO 6983 obecnie staje się niewystarczający w kontekście programowania obrabiarek CNC.

Dotychczasowe opracowanie programu obróbkowego jest bardzo silnie uzależnione od układu sterowania zastosowanego w konkretnej maszynie CNC. Producenci układów sterowania CNC dla obrabiarek w celu poszerzenia możliwości wprowadzają własne funkcje i opcje, które nie są powszechnie kompatybilne. Stąd między innymi wymagany jest postprocesor, który tłumaczy program z CAM na kody G dla układu sterowania. Program obróbkowy opracowany w STEP-NC ma zawierać szczegółowe opisy procesu technologicznego, które nie potrzebują stosowania postprocesorów. Celem jest stan, w którym potrzeba zastosowania danego programu obróbkowego na innej maszynie nie wymaga jakiejkolwiek jego modyfikacji.

Wskazanie tendencji rozwojowych użytkowanych programów i systemów CAD/CAM to zadanie niezwykle trudne. Z pewnością jednak widać, że systemy te zmierzają w kierunku coraz większego wykorzystania chmur wirtualnych, rozszerzania możliwości analitycznych, wdrażania kolejnych funkcjonalności, uwzględniania druku 3D, a także wprowadzania usprawnień w zarządzaniu danymi i ich transferze między różnymi platformami programistycznymi i sprzętowymi, w tym CAM-CNC.