Techniki wytwarzania

Pytanie w jakim kierunku podąża rozwój programów i systemów CAD/CAM jest pytaniem aktualnym cały czas. Wynika to z faktu dynamicznych zmian w tej dziedzinie rozwiązań informatycznych oraz z faktu koegzystowania CAD/CAM, szczególnie CAM z technikami wytwarzania. Postęp technologiczny ma przede wszystkim charakter jakościowy. Przykładem może być coraz powszechniejsze realizowanie frezowania, cięcia, spajania z wykorzystaniem robotów przemysłowych. O ile w przypadku zgrzewania oraz spajania nie jest to nic nowego, czy innowacyjnego to w przypadku frezowania (ilustracja 1) już tak. Liczne czynniki wpłynęły na zwiększenie zainteresowania tego typu obróbką:

• doskonalsze sterowanie robotami przemysłowymi,
• wrzeciono napędu głównego odpowiednie do montażu w kiści robota,
• zaakceptowanie i dopasowanie zastosowania w kontekście sztywności układu roboczego,
• zapotrzebowanie obróbek powierzchni trudnodostępnych.

Ilustracja 1. Stoisko firmy SIEMENS na targach MACHTOOL 2016 w Poznaniu. Obróbka frezowaniem z wykorzystaniem robota przemysłowego firmy KUKA. Program obróbkowy opracowany w systemie CAD/CAM NX 11.

Z punktu widzenia zasadności wdrożenia tego typu obróbki konieczne jest zapewnienie skutecznego opracowywania programów obróbkowych (CAM). Zatem można uznać, że postęp technologiczny w dziedzinie technik wytwarzania wpływa na rozwój CAD/CAM, a rozwój CAD/CAM umożliwia efektywniejsze wdrożenia danych technologii obróbkowych.

Stosowanie obróbek szybkościowych wymaga szczególnie właściwego przygotowania programu obróbkowego ze względu na charakter tego typu obróbki. Na ilustracji 2 przedstawiono zrzut ekranu z NX 10 (źródło: CAMdivision) przedstawiający opracowane ścieżki narzędzia dla frezowania szybkościowego.

Ilustracja 2. Zrzut ekranu z NX10, obróbka szybkościowa (dzięki uprzejmości CAMdivision).

Kolejnym przykładem jest druk 3D (ilustracja 3), który jest również dynamicznie rozwijającą się techniką wytwarzania. Idea szybkiego prototypowania jest znana od wielu lat, lecz w ostatnich paru jesteśmy świadkami szczególnie intensywnego rozwoju. Szczególnie interesujące są metody druku 3D z metali co stanowi bardzo znaczące rozszerzenie dotychczasowych możliwości technologicznych. Addytywne techniki wytwarzania w zakresie druku 3D z metali znalazły zastosowanie m.in.  przy wytwarzaniu form wtryskowych zapewniając możliwość uzyskania tzw. chłodzenia konformalnego.

Ilustracja 3. Przykład druku 3D z metali (proszków metali) – seminarium podczas targów STOM 2016 w Kielcach.

Obrabiarki hybrydowe łączące różne techniki wytwarzania, czego przykładem jest m.in. 5-osiowe centrum frezarskie CNC z drukiem 3D poprzez napawanie laserowe firmy DMG MORI (DMG MORI Lasertec 65 3D) wymaga systemu CAD/CAM, który pozwoli na funkcjonalną obsługę dwóch technik wytwarzania, jednej przyrostowej, drugiej ubytkowej. Zarówno wspomniany tu już system NX11 firmy SIEMENS oraz PowerMill firmy Autodesk zapewniają obsługę i możliwość opracowywania programów obróbkowych dla tej obrabiarki hybrydowej.

Modele powierzchniowe

Ilustracja 4. Przykład modelu powierzchniowego w kontekście medycznym (NX11, SIEMENS). Dzięki uprzejmości CAMdivision.

Druk 3D w kontekście szybkiego prototypowania wymaga uzyskania danych opisujących powierzchnię analizowanego przedmiotu. Realizowane jest to poprzez skanowanie powierzchni przedmiotu metodami stykowymi lub bezstykowymi, w tym m.im. z wykorzystaniem skanerów fotooptycznych. Kluczowe to jednak jest to, że podstawą do obróbki CAD/CAM jest tzw. chmura punktów na bazie, której opracowywany jest model powierzchniowy (ilustracja 4) przedmiotu. Skanowanie odzwierciedla powierzchnię rzeczywistą przedmiotu z uwzględnieniem dokładności samego skanowania oraz dokładności wykonania przedmiotu (obróbki powierzchni). Kwestia niedokładności skanowania wymaga m.in. konieczność wyeliminowania nieciągłości powierzchni.

Przygotowanie do druku 3D wymaga przede wszystkim pracy na modelu powierzchniowym co jest czynnikiem wpływającym na rozwój programów i systemów CAD/CAM w kierunku rozszerzenia narzędzi obróbki modeli powierzchniowych.

Transfer danych CAM-obrabiarka CNC

Niewątpliwie najbardziej rewolucyjnym projektem w obszarze CAM i transferu danych do i z obrabiarek CNC jest aktualnie standard STEP-NC, który stanowi generacyjny przeskok względem dotychczas powszechnie stosowanego standardu ISO 6983 (kody G) wraz z rozszerzeniami w ramach danych układów sterowania CNC. Opracowywany wdrożeniowo standard STEP-NC wywodzi się z metody STEP i opracowany w jego ramach program obróbkowy posiada technologiczny opis obróbki. Wyeliminowaniu ulega konieczność stosowania tzw. postprocesorów i dany program nie wymaga modyfikacji w przypadku zastosowania go na różnych obrabiarkach.

Chmury i zasady licencjonowania

Coraz większa powszechność stosowania informatycznych rozwiązań z wykorzystaniem wirtualnych chmur w sieciach komputerowych i internecie spowodowało zarówno zmiany w licencjonowaniu programów i systemów CAD/CAM ale także umożliwiło odmienne podejście do ich rozwijania i integracji. Bezapelacyjnym na dziś prekursorem w tym zakresie jest firma Autodesk, która w przypadku nowych licencji odeszła z idei dożywotniej licencji stanowiskowej. Wprowadzono możliwość okresowego subskrybowania (wynajmowania) danego programu lub programów. Umożliwiono przy tym możliwość przedłużania danej opcji licencjonowania.

Niewątpliwie zaletą takiego podejścia jest uzyskanie niższego kosztu początkowego wdrożenia. Nie ma konieczności pokrywania kosztów licencji w okresie kiedy oprogramowanie nie jest wykorzystywane. Zastosowanie nowego modelu licencjonowania wynika z wdrożenia rozwiązania informatycznego jakim są tzw. chmury. Oprócz możliwości nowego podejścia jakim jest subskrypcja oprogramowania, zastosowanie chmur niesie ze sobą także i inne potencjalne zalety:

• Integracja różnych programów oraz usług może być skuteczniejsza. Przykładem jest firma Autodesk, która pozyskując firmę Delcam szybko doprowadziła do integracji nowych programów ze swoją dotychczasową ofertą.
• Dostęp do programów i systemó CAD/CAM funkcjonujących w chmurze pozwala na dostęp z różnych platform sprzętowych.
• Transfer danych w ramach zintegrowanych programów i usług cechuje się mniejszym prawdopodobieństwem wystąpienia utraty tych danych lub ich zniekształcenia.
• Efektywniejsze ujednolicenie interfesjów użytkownika. Umożliwia to na szybsze z punktu widzenia użytkownika opanowanie obsługi danego programu.

Rozwiązania ON-LINE

Przykładem tego typu rozwiązań jest dostępne via internet środowisko On-Shape firmy Belmont Technology Inc. (USA). W tym przypadku dostęp do programu jest realizowany poprzez przeglądarkę internetową (dowolna platforma sprzętowa). Podejście do kosztów licencji jest zróżnicowane. On-Shape dostępne jest za darmo o ile liczba jednocześnie realizowanych projektów nie przekroczy liczby 5.

Podsumowanie

Trendy rozwojowe programów i systemów CAD/CAM można podsumować w punktach:

• Spełnianie oczekiwań wynikających z nowych technik wytwarzania, w tym rozwiązań hybrydowych.
• Wykorzystanie chmur wirtualnych (obszar stricte informatyczny). Pochodną tych rozwiązań są nowe modele udzielania licencji.
• Rozszerzanie możliwości w ramach narzędzi obróbki CAD modeli powierzchniowych.
• Poszerzanie możliwości analizy (CAE).
• Rozwiązania dostępne ON-LINE. Wymienione oddzielnie choć też są najczęściej pochodną stosowania narzędzia jakim są chmury.

Istnieją setki programów z rodziny CAD/CAM i nie sposób tu odwołać się do wszystkich. Wiele tego typu programów funkcjonuje niejako regionalnie lub właśnie w przestrzeni internetowej. Wiele jest dedykowanych np. wyłącznie pod druk 3D. Jedynie zasygnalizowane zagadnienia CAE (ang. CAE – Computer Aided Engineering) , które są jak często integrowane z systemami CAD/CAM. Wiele rozwiązań z zakresu CAE może być zarówno integrowana jako moduł jak i funkcjonować jako samodzielne oprogramowanie.

Źródła

1. Galanis N.I, Afsaridis S.L., Vlachostathopoulos S.N., Manolakos D.E., Manufacturing process with the use of protocol STEP_NC, III International Cenference on Manufacturing Engineering (ICMEN), 2008
2. Yusof Y., ISO 14649 (STEP-NC): New Standards for CNC Machining, International Journal of Integrated Engineering, 2010
3. Chrzanowski J., Wypysiński R., Postprocesor – niezbędny łącznik pomiędzy systemami CAM a obrabiarką NC, Inżynieria Maszyn, R.17, z.2, 2012
4. Pobożniak J., Nowy standard programowania obrabiarek sterowanych numerycznie: STEP-NC, XII Forum Inżynierskiego ProCAX cz.II, 2013
5. Jacniacka E., Semotiuk L., Doświadczalne metody wyznaczania niepewności pomiary sondami przedmiotowymi, Eksploatacja i niezawodność Vol. 15, No. 3, 2013
6. Pobożniak J., Reprezentacja danych o narzędziach obróbkowych w standardzie STEP-NC, Mechanik nr 02/2015
7. Morek R., Dwukierunkowy przepływ danych, MM Magazyn Przemysłowy Nr 11 (163) listopad 2016
8. Współczesne systemy CAM, cadblog.pl 2014
9. Onshape? Odsłaniam tajemnicę!, cadblog.pl 2015
10. www.fabricatingandmetalworking.com/2014/01/cadcam-machining-software-the-latest-trends-and-advances
11. ironcad.pl
12. Materiały handlowe i informacyjne firmy SIEMENS
13. Materiały handlowe i informacyjne firmy Autodesk