Цифровые двойники в 3D печати

Вы слышали о цифровых двойниках? Эта идея была впервые разработана в 1960-х годах как способ создания живой модели миссии «Аполлон», чтобы помочь оценить её провал с помощью физической модели корабля с цифровыми компонентами. С тех пор концепция, разумеется, расширилась, но суть осталась прежней.

По сути, цифровой двойник — это виртуальная модель, созданная специально для точного отражения физического объекта. Кроме того, цифровой двойник можно рассматривать как виртуальное представление объекта или системы, которое охватывает весь его жизненный цикл, обновляется на основе данных в реальном времени и использует моделирование, машинное обучение и логические рассуждения для принятия решений. Хотя цифровые двойники часто путают с простым моделированием, они выходят за рамки этого. Использование алгоритмов и математических расчётов в цифровых двойниках позволяет пользователям прогнозировать поведение деталей, например, изготовленных с помощью 3D печати.

Применение цифровых двойников

Они нашли своё применение в самых разных областях: от производства до медицины и даже дизайна интерьера. Кроме того, они всё чаще используются в аддитивном производстве. Хотя это, пожалуй, неудивительно, если учесть, что, по данным Markets and Markets, в 2022 году рынок цифровых двойников оценивался в 6,9 млрд долларов, а к 2027 году вырастет примерно до 73,5 млрд долларов. Но зачем использовать цифровых двойников в 3D печати? Что нужно знать перед этим? Мы расскажем об этом подробнее.

Использование цифровых близнецов в 3D печати

Считается, что цифровые двойники и аддитивное производство играют ключевую роль в Индустрии 4.0. Однако только в последние годы их начали объединять. Многие исследования показали, что 3D печать в целом хорошо подходит для использования цифровых двойников. Почему? Потому что аддитивное производство по своей природе является цифровым. От онлайн-дизайна до программного обеспечения для нарезки и программ, которые отслеживают весь процесс печати, — автоматизация и искусственный интеллект уже нашли применение в аддитивном производстве именно по этой причине. Цифровые двойники станут еще одним инструментом.

Но как их использовать? Давайте рассмотрим процесс интеграции цифровых двойников в 3D печать. Как упоминалось ранее, цифровой двойник начинается с 3D модели. Её можно создать с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования или генеративного дизайна, а также с помощью 3D сканирования.

Помимо первоначального дизайна, на рынке уже есть ряд программных продуктов, разработанных специально для работы с цифровыми двойниками, в том числе для 3D печати. Например, продукты от Siemens, Simio или Netfabb упрощают интеграцию, тем самым способствуя дальнейшему распространению использования в области аддитивного производства и для таких задач, как обратный инжиниринг.

Формы цифровых двойников

Существует несколько различных форм, которые могут принимать цифровые двойники. Согласно некоторым отчетам, цифровые двойники можно разделить на четыре категории для аддитивного производства: цифровые двойники процессов, цифровые двойники оборудования, цифровые двойники объектов и цифровые двойники продуктов. Как следует из их названий, они нацелены на разные области производственного процесса.

Цифровые двойники процессов могут использоваться для воспроизведения цифровой версии процесса 3D печати для проектирования, производства и технического обслуживания. Аналогичным образом, цифровые двойники оборудования могут воспроизводить принтеры, предоставляя важную информацию для технического обслуживания.

Цифровые двойники объектов — это сочетание первых двух типов, но в более крупном масштабе, с учётом всего производственного цеха. И последнее, но не менее важное, — цифровые двойники продуктов. Это представления о продукте и его компонентах, которые позволяют оптимизировать, тестировать, проектировать и анализировать их для прогнозирования производительности.

Зачем интегрировать цифровые двойники в аддитивное производство

Сочетание цифровых двойников с 3D печатью дает немало преимуществ. В частности, когда речь идет о контроле качества деталей. Несмотря на то, что аддитивное производство сильно изменилось с момента своего появления в качестве метода быстрого прототипирования, на рынке появляется всё больше деталей для конечного использования, и контроль качества остается актуальной проблемой. Действительно, из-за своей природы аддитивное производство часто требует тщательного тестирования, чтобы обеспечить правильные параметры и предотвратить сбои при печати. Но это противоречит двум главным преимуществам аддитивного производства, а именно снижению затрат и экономии материалов.

К счастью, эту проблему можно решить с помощью цифровых двойников. Цифровые двойники позволяют напрямую оценивать параметры благодаря постоянному потоку данных, получаемых в результате обратной связи. Это, в свою очередь, позволяет оптимизировать указанные параметры без необходимости физического тестирования. Более того, с помощью цифровых двойников можно в режиме реального времени отслеживать процесс 3D печати, что обеспечивает еще большую точность конечных результатов. Это делает контроль качества аддитивных технологий более надёжным. Это особенно важно, когда речь идет о более промышленных процессах, в том числе о 3D печати металлом.

Кроме того, цифровые двойники используются не только для отдельных деталей. На самом деле, их можно создавать для всего производственного цеха. Это сделало бы индустриализацию целесообразной для аддитивного производства, поскольку фермы 3D принтеров можно было бы оптимизировать не только на индивидуальном уровне, но и для всего цеха в целом для более эффективного производства.

Перспективы внедрения

Определение и разработка цифрового двойника по-прежнему довольно сложны, не в последнюю очередь потому, что, сама концепция недостаточно изучена. Однако чем больше цифровые двойники и 3D печать будут использоваться вместе, тем быстрее это препятствие будет преодолено. И это уже происходит в больших масштабах, особенно с ростом использования искусственного интеллекта и более сложных инструментов для машинного обучения. Безусловно, будет интересно посмотреть, как цифровые двойники и 3D печать будут использоваться вместе в будущем и как это изменится.

Итог

Использование цифровых двойников в аддитивном производстве - это одно из перспективных направлений развития технологии, которое позволит оптимизировать процесс на разных уровнях. В сочетании с искусственным интеллектом и другими инструментами, внедрение цифровых двойников в производственные процессы может повлиять на будущее развитие технологии.

Наши предыдущие статьи: