Цифрови близнаци в 3D печат: всичко, което трябва да знаете

Чували ли сте за цифрови близнаци? Идеята е разработена за първи път през 60-те години на миналия век като начин да се създаде жив модел на мисията Аполо, за да се помогне да се оцени нейният „провал“ чрез физически модел на превозното средство с цифрови компоненти. Концепцията разбираемо се разрасна оттогава, но ядрото остава същото. По същество цифровият близнак е виртуален модел, който е проектиран специално да отразява точно физически обект. Не само това, но според IBM цифровият близнак може да се разглежда като „виртуално представяне на обект или система, която обхваща своя жизнен цикъл, актуализира се от данни в реално време и използва симулация, машинно обучение и разсъждения, за да помогне при вземането на решения. Въпреки че често се бърка само с моделиране, цифровите близнаци надхвърлят това. Използването на алгоритми и математически изработки в дигиталните близнаци е важна част от позволяването на потребителите да предвидят поведението на частите, като тези, направени с 3D печат.

Те са намерили своето място в различни приложения от производството през медицината и дори интериорния дизайн. Освен това те все повече се използват в адитивното производство ( от англ. – additive manufacturing). Въпреки че това може би не е изненадващо, като се има предвид фактът, че пазарът на цифрови близнаци вече беше оценен на стойност от $6,9 милиарда през 2022 г. и ще нарасне до около $73,5 милиарда до 2027 г. според Markets and Markets. Но защо точно бихте използвали цифрови близнаци в 3D печата? Какво трябва да знаете, преди да го направите? Да разгледаме по-отблизо.

Използване на цифрови близнаци в 3D печат

Счита се, че цифровите близнаци и адитивното производство играят ключова роля в Индустрия 4.0 . Едва през последните години обаче двете започнаха да се комбинират. Все пак е важно да се отбележи, че много различни проучвания са установили, че 3D печатът като цяло е много подходящ за използването на цифрови близнаци. Защо? Тъй като по своята същност адитивното производство е цифрово. От онлайн дизайн до софтуер за нарязване до програми, които наблюдават целия процес на печат, автоматизацията и AI вече са намерили дом в AM точно поради тази причина. Цифровите близнаци биха били просто още един инструмент за добавяне.

Но как да ги използвате? Е, нека първо разгледаме процеса на интегриране на цифрови близнаци в 3D печат. Както споменахме по-рано, цифровият близнак започва като 3D модел. Това може да се направи чрез CAD или софтуер за генеративен дизайн . Освен това, 3D сканирането се използва все повече, тъй като създава перфектен модел на въпросната част. Освен първоначалния дизайн, на пазара вече има редица софтуерни програми, които са проектирани специално за работа с цифрови близнаци, включително за 3D печат. Вземете например тези от Siemens, Simio или Netfabb. Това улеснява интеграцията, като по този начин допълнително разпространява употребата като цяло в AM. Да не говорим, че е лесно да се види как може да се използва за приложения като обратно инженерство на резервни части, благодарение на способността му наистина да пресъздава продукти.

И накрая, има няколко различни форми, които цифровите близнаци могат да приемат, така че и това трябва да се вземе предвид. Според един доклад цифровите близнаци могат да бъдат разделени за адитивно производство на четири категории : процес цифрови близнаци; оборудване цифрови близнаци; цифрови близнаци на съоръженията; и продуктови цифрови близнаци. Както подсказва името им, те са насочени към различни области в производствения процес. Процесните цифрови близнаци могат да се използват за репликиране на цифрова версия на процеса на 3D печат за проектиране, производство и поддръжка. По същия начин цифровите близнаци на оборудването могат да копират принтери, предоставяйки важна информация за работата по поддръжката. Дигиталните близнаци на съоръженията са смесица от първите две, но в по-голям мащаб, като се вземе предвид цялата фабрика. Не на последно място и това, което ще обсъдим най-вече в това ръководство, дигиталните близнаци на продукта са представяния на продукт и част, позволяващи той да бъде оптимизиран, тестван, проектиран и анализиран за прогнозиране на ефективността.

Защо да интегрираме цифрови близнаци в AM?

Има доста предимства и за комбинацията от цифрови близнаци с 3D печат. Особено когато става въпрос за контрол на качеството на частите. Въпреки че AM се промени много от своя произход като бързо прототипиране, с все повече и повече части за крайна употреба, идващи на пазара, контролът на качеството остава проблем. Наистина, поради самото си естество, AM често изисква задълбочено тестване, за да се осигурят правилните параметри за предотвратяване на грешки при печат. Но това е в пряк контраст с две от най-големите предимства на AM, а именно намаляване на разходите и материалите.

За щастие, чрез използването на цифрови близнаци това може да се реши. Цифровите близнаци позволяват на потребителите директно да оценяват параметрите благодарение на непрекъснатия поток от данни, дължащ се на обратната връзка. Това от своя страна позволява оптимизиране на споменатите параметри без необходимост от физически тестове. Освен това, с дигиталните близнаци е възможно наблюдение в реално време през целия процес на 3D печат, което позволява още по-голяма точност на крайните отпечатъци. Това от гледна точка прави контрола на качеството за AM по-надежден. Това е особено важно, когато става дума за по-индустриални процеси, включително за метален АМ чрез методи като процес на лазерно прахово легло, тъй като това също може да повиши консистенцията.

В допълнение, както беше описано по-горе, цифровите близнаци не се използват само за отделни части. Всъщност те могат да бъдат направени за цяла фабрика. Това би направило индустриализацията особено по-осъществима за адитивното производство, тъй като фермите за 3D принтери могат да бъдат оптимизирани не само на индивидуално ниво, но и на целия етаж за по-ефективно производство. 

Това не означава, че все още има предизвикателства. Действителното определение и разработване на дигитален близнак все още е доста трудно, не на последно място защото много учени са отбелязали, че самата рамка не е добре разбрана. Въпреки това, колкото повече цифрови близнаци и 3D печат се използват заедно, толкова по-бързо ще бъде преодоляно това препятствие. И това вече се случва в по-голям мащаб, особено с увеличеното използване на AI ( AI от англ. -изкуствен интелект) и по-сложни инструменти за машинно обучение. Със сигурност ще бъде интересно да се види как дигиталните близнаци и 3D принтирането се използват заедно в бъдеще и как това ще се промени.